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有機沉積物
鎖定
- 中文名
- 有機沉積物
- 外文名
- Organic sediment
有機沉積物石蠟
石蠟是最簡單的烴，它們僅僅由碳和氫原子組成，且無支鏈。能形成固體石蠟沉積物的碳鏈最少含16個碳原子，有的達到60個甚至更多。石蠟沉澱是由於壓力降落、温度降落或者短鏈碳氫化合物的斷裂而形成(即：輕烴的逸出)。從純液態溶液中形成第一顆固體石蠟晶體的温度叫濁點。完井設計時應保證產出液地面温度高於濁點並採用化學方法改變濁點，以防止石蠟在油管中沉積。
石蠟鏈長度增加，其熔點也升高。固體石蠟的硬度也隨分子大小的增加而增加。在生產系統中，石蠟會在具備沉澱條件的任何地方沉積(Cole和Je&son，1960；Burger等，1981；Newberry等，1986；Thomas，1988；Newberry，1981；Sutton和Roborts，1974)。在接近地面的油管中，由於温度和壓力下降最多，容易形成石蠟。在諸如接近壓力衰竭的油藏或經過了幹氣回注(它消除輕烴)的地層中，在其孔眼或地層中能形成石蠟。石蠟也因冷液體的注入而沉澱。儘管不完全如此，但這是很多井增產措施後返排慢的原因。
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有機沉積物瀝青質
瀝青質是相對分子質量為幾百或幾千的稠環芳香烴或環烷烴化合物組成的有機物質(Leontaritis，1989；Leontaritis和Mansoori，1987；Tuttle，1983；Newberry和Barker，1985；Addison 1989；Bunger，1979；Thawer等，1990)。瀝青質由於含有氮、硫、氧而具有特定的性質，被定義為油中不溶於直鏈溶劑如戊烷或庚烷的有機物質，瀝青通常見於以下三種不同形態之一：
(1)硬的像煤一樣的物質；
(2)發黑的酸渣或剛性膜的乳化物(通常由溶液中的鐵引起)；
有機沉積物焦油
有機沉積物混合沉積物
混合的有機、無機沉積物是一種含有機化合物和垢或微粒及粘土等組合的混合物。運移過程中，砂岩油藏中產水的增加產生的微粒變為油濕，並作為有機沉積物的集結場所(Houchin和Hudson，1986)。
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有機沉積物乳化液
乳化液是兩種或多種互不相溶流體(包括氣體)的混合物，它們並不以分子狀態相互分散乳化液由外相(也叫非分散相或連續相)和內相(分散相或非連續相)組成，內相由懸浮於外相的微滴組成。油田中發現的所有乳狀物幾乎都通過產品混合時某種形式能量附加而產生，當能量源被消除，大多數乳化物迅速破壞。這些不穩定乳化物的破壞機理是，通過微粒接觸、生長，然後被流體分隔開。當微滴靠近並接觸，微滴表面層液膜就變薄並破裂，形成更大液滴，這個過程叫結合。由於形成分離層的液體之間的密度差異，較大微滴沉降更迅速，只有微滴的一部分會接觸而結合。當最小的結合發生時，乳化物就穩定了。
如果乳化液不分離，就有一個穩定力起着使流體保持乳化的作用。最常見的穩定力是在其界(表)面由於化學反應、部分潤濕微粒的沉澱或附加作用，電離子、高粘化合物或者合成流體粘度引起的表面膜力量的改變。這些力量可以單獨起作用或混合起作用。
天然表面活性劑通過使液滴周圍的膜繃緊或使小固體顆粒部分潤濕而有助於乳化物穩定。天然表面活性劑存在於大多數的水中和大多數的原油中，它們可能由幾種化合物組成，或為生油過程產生的部分物質，或為細菌副產物。像其他表面活性劑一樣，它們含有一個親油基和一個親水基(通常帶一小電荷)，並聚集在油、水界面。
液體中微小固體通過增加微滴周圍表面膜的粘度或充當一個氧化劑的作用，並使帶有電荷的分散液體束縛而使乳化物穩定。如果它足夠，幾乎所有固體都是一種穩定劑。只有當固體存在於液滴與連續相的界面時才能穩定乳化液。使油田乳化液穩定較常見的固體材料是硫化鐵、石蠟、砂、粉砂、粘土、瀝青、垢、金屬剝落碎片(來自於管道)、岩屑或腐蝕產物。
改變pH值能影響乳化液的穩定性。大多數遊離水脱出器和處理器有效工作的pH值為6～7，具體值因井而異。酸處理後，pH值可降到4並可能發生乳化。在這種條件下產生的乳化液直到pH值上升到6～7之前都是穩定的。當井在酸處理時，地層原油會發生乳化或形成酸渣，則應在井口安裝化學注入孔(在上部扼流圈上)或在施工管柱的氣舉筒的某一位置安裝化學注入閥。這些注入口被用來注入破乳劑。
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有機沉積物外來微粒堵塞
除了自然發生運移的顆粒如粘土或微粒外，在常規作業中常向地層引入外來顆粒。鑽井、完井、修井、增產措施以及二次或三次採油都能向地層引入外來顆粒。
注入液體的微粒傷害發生在近井地帶，作用為堵塞地層孔隙喉道。問題包括：孔隙中橋塞、孔眼中堵塞以及高固化液體向天然裂縫及支撐裂縫系統中的大量濾失。避免這種類型的傷害是採用清潔流體，清潔流動系統中帶有控制尺寸大小的微粒．這種流體將會在井筒中橋塞、孔眼中堵塞以及高固化液體向天然裂縫及支撐裂縫系統中的大量濾失。避免這種類型的傷害是採用清潔流體，清潔流動系統中帶有控制尺寸大小的微粒．這種流體將會在井筒中橋塞，以阻止液體大量濾失。
外來顆粒的組分範圍較寬。鑽井液中能產生潛在傷害的顆粒物為粘土、鑽屑、加重劑和防濾失物質，包括聚合物(Barna和Patton，1972；Fisher等，1973；Sloan等，1975)。這些物質產生的傷害問題與泥漿類型(油基、水基或聚合物基)無關。修井液和增產液中也含有包括細菌和聚合物殘渣(Tuttle和BarRman，1974)在內的懸浮固體(Rike，1980；Rike和Pledger，1981)。特殊用途的壓井液使用多種聚合物作為加重劑或防濾失劑。典型的壓井液固體包括帶聚合物的鹽球、交聯聚合物、羥丙基纖維素(HEC)聚合物、堵漏球和帶有聚合物的CaC03。
增產措施液體中的微粒是因為水質差、罐塗層、罐殘餘物以及油管和管道的碎屑(如：幹泥漿、垢和管道中的雜質)。增產措施使用的液體帶來的問題是它們含有有效的清潔劑和酸，並能把岩屑分散或部分溶解於通往地層的管道中或儲罐中。
當地層中部分溶解物質或傷害物質，通過孑L隙、天然裂縫或支撐裂縫返排出來時，增產措施後的微粒傷害也會發生。由於除垢劑或互溶劑通常會引起地層中微粒釋放。酸化施工因為二次酸反應物沉澱作用也會導致地層傷害，其沉澱物包括氫氧化鐵、氟化鈣、氟硅酸鉀和硅等。
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有機沉積物潤濕性改變
液體(或氣體)改變地層岩石相對滲透率也會引起地層堵塞。相對滲透率的改變能使地層對特定液體的有效滲透率降低達80%～90%。潤濕性和地層相關的相對滲透率決定於流動相的量以及天然的和注入的表面活性劑和油產生的塗層。
如果一種液滴被放置在另一種不混溶液體表面或一種固體(不被所放液體溶解)的表面，它能擴展為一個薄膜或可以連續以液滴形式或厚的透鏡形式存留(Hausler，1978)。如果液滴擴展，它潤濕表面；如果它不擴展，它就不潤濕表面。兩相間的表面自由能和界面張力決定液體是擴展或以變形的液滴形式存在。通過測量特殊表面上液體形成的微滴的接觸角來確定潤濕性，如果接觸角臼小於90。，液滴就從初始球狀擴展，就可以説明這個表面被液體潤濕。接觸角越小，水潤濕性越大。如果接觸角0大於90。，表面就不能被液體潤濕。潤濕性可以由一種被氣體包圍的液體來測定，或一種液體被另一種不相混溶的液體包圍來測定。簡單的潤濕性沒有什麼意義，潤濕對液體流動的影響結果才是重要的。
在自然狀態下，地層可能是水濕、油濕或中性，具體情況決定於裸露於液體的岩石表面和液體中的天然表面活性劑。有一些例子，如加拿大阿爾伯達地區的Cardium油藏，在油藏的不同階段，既存在油濕狀態，也存在水濕狀態。
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有機沉積物酸反應及酸反應產物
酸化會引起許多問題，包括：
(1)油管上的傷害物質進入地層。
(2)表面活性劑使油藏變為油濕，特別是緩蝕劑，它還能引起乳化堵塞。
(3)水鎖。
(4)當注人大量酸液時產生瀝青或石蠟沉積。
除了這些常見的傷害過程外，不合理的酸化施工設計可以導致產量損害，損害包括以下幾個方面：
(1)酸和瀝青反應產生酸渣，特別是當存在的某些添加劑(特別是表面活性劑)或溶液中存在鐵時。
(2)酸和地層物質反應生成的沉澱產物。地化模型根據地層岩石、處理液成分、壓力以及温度能預測產物的化學性質，但它不能預測產物是否產生傷害。水化硅可以沉澱在粘土表面上，但不會引起傷害。像硼硅酸鹽和氟硼酸鹽這些化合物甚至是有利的。像氫氧化鐵這樣的凝膠狀沉澱物，能完全堵塞孑L隙，並很難清除。另一種副產品組成的物質，如以單晶體形式的氟硅酸鹽能運移到孔喉處並橋塞喉道。當酸化含硫化物的井時，甚至能在低pH值環境中沉澱的硫化鐵屬於這類型的另一種化合物。
(1)酸化時使用多價螯合劑來防止鐵傷害問題時，當酸被用完而沒有鐵存在時，其剩餘部分能形成沉澱物。
有機沉積物細菌
儘管很多微生物能存在於油田的有菌世界裏，但只有少數產生廣泛傷害問題(Shuler等，1995；Clementz等，1982；Crowe，1968；Carlson等，1961；Raleigh和Flock，1965)。細菌在生產操作中是一個嚴重問題，由於它們的消耗物及其產物，細菌能生長在多種不同環境和條件下：温度變化範圍為12--250。F以上(一11～120℃)；pH值範圍為1～11，礦化度可高達30%，壓力可達到25000psi。
細菌被分為如下幾類：
(1)需要氧氣的需氧細菌；
(2)不需要氧氣的厭氧細菌(事實上，氧氣抑制它們的生長)；
(3)由於細菌的新陳代謝改變而適應環境，故在有氧和無氧環境下都能生長的兼性細菌。它們在有氧環境裏生長比在無環境下快約5倍。
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有機沉積物水鎖
水能堵塞低滲岩石(Keelan和Koepf，1977)。水鎖是一個相對滲透率問題的特例。在水鎖中，水通常佔據流動空間(孔隙或天然裂縫)，這種流動空間通常是碳氫化物流向井筒的通道。由於流度和粘度差異，碳氫化合物液體不能驅替水。低壓、低滲氣層在用表面張力高的水處理後常發現會引起嚴重的水鎖。
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有機沉積物油基鑽井液
大斜度井為增加潤濕性而選用油基泥漿(OBM)作鑽井液，對水基泥漿(WBM)非常敏感的地層也應如此。大多數OBM，特別是那些密度大於141bm/gal的OBM，含有相當多的固體物質，當它們和高礦化度鹽或酸混合時會產生被粉砂穩定的乳化物。這些乳化物的粘度大，並且難於破乳。不管是在實驗室或是在井筒中，一些乳化物已經證明可以穩定幾個月。地層被這些乳化物傷害的程度可以嚴重到一個全部產層被誤判的程度。比如，在南得克薩斯的一口井中，0BM乳化物產生的傷害嚴重到從井中幾乎沒有液體可以檢查到，當這種傷害被消除後，該井測試產量大於12×108ft3/d。
OBM引起的問題是相對滲透率改變，這是由於為穩產OBM而加入了潤濕性強的表面活性劑。當這些材料覆蓋在或者吸附在地層表面時，地層的潤濕性被改變，其滲透率可降至僅為原來的10%～20%，當泥漿密度超過141bm/gal時，通常會發生最嚴重的傷害問題。引起這些問題的主要原因是由於從加重劑和稠化劑(增粘劑)以及鑽屑中的微粒被油潤濕。
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