【正文】 化學(xué)平衡式和穩(wěn)定常數(shù)。而總 的溶解的 Mg2+、 Sr2+、 Ba2+、與 SO42的質(zhì)量平衡方程如（ 4a）、（ 4b）、（ 4c）、（ 4d）、 （ 4e）所示。 CSO42 = [CaSO40] + [MgSO40] + [SrSO40] + [BaSO40] + [SO42] （ 4a） CCa2+ = [CaSO40] + [Ca2+] （ 4b） CMg2+ = [MgSO40] + [Mg2+] （ 4c） CSr2+ = [SrSO40] + [Sr2+] （ 4d） CBa2+ = [BaSO40] + [Ba2+] （ 4e） 式中， Cx = 物種 X 的總濃度，單位為 mol/L(通常測(cè)量值單位為 mg/L)。 欲求游離金屬離子和游離硫酸根離子濃度 ,必須知道穩(wěn)定常數(shù) Kst,而在室溫條件下 Ca、 Mg、 Sr、 Ba 四種硫酸鹽絡(luò)合物的穩(wěn)定常數(shù)值近似相等。計(jì)算 MgSO CaSO40的穩(wěn)定常數(shù) Kst 和游離硫酸根離子、游離金屬離子濃度的公式如式 (4f)～ (4k)所示。 logKst = + 103 (+ 32) － 106 (+ 32)2+ 10 5P－ + － 10 3Si1/2(+ 32) (4f) [SO42] = 【 [1 + Kst(CM CSO42)] + {[1 + Kst(CM CSO42)]2 + 4KstCSO42}】/(2Kst) (4g) [Mg2+] = CMg2+/{1 +Kst[SO42]} (4h) [Ca2+] = CCa2+/{1 +Kst[SO42]} (4i) [Sr2+] = CSr2+/{1 +Kst[SO42]} (4j) [Ba2+] = CBa2+/{1 +Kst[SO42]} (4k)式①～（ 4f） 中： t —— 溫度 ， ℃ ； P —— 總絕對(duì)壓力 ， MPa； 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 25 Si —— 離子強(qiáng)度 Si 若以總礦化度 TDS 計(jì)算 ， 則近似計(jì)算為 Si(mol/L)≈ TDS(mg/L)247。 53470； Si 若以 Cl離子濃度計(jì)算 ， 則近似計(jì)算為 Si(mol/L)≈ Cl(mg/L)247。 32460。 這兩個(gè)計(jì)算 Si 的經(jīng)驗(yàn)公式是根據(jù) 20 個(gè)油田鹽水的平均換算系數(shù)而得。 各種離子總濃度的單位換算式如下 ： CSO42： mol/L 數(shù) = mg/L 數(shù)247。 96060 CMg2+： mol/L 數(shù) = mg/L 數(shù) 247。 24305 CCa2+： mol/L 數(shù) = mg/L 數(shù)247。 40080 CSr2+： mol/L 數(shù) = mg/L 數(shù)247。 87620 CBa2+： mol/L 數(shù) = mg/L 數(shù)247。 137330 如何 預(yù)測(cè) 硫酸鹽結(jié)垢 預(yù)測(cè)步驟 ： (1)收集有關(guān)水性資料或采集水樣進(jìn)行化學(xué)組成分析 ,并獲取溫度、壓力資料。 (2)計(jì)算出離子強(qiáng)度 Si。 (3)將 t、 P、 Si 代入 (4f)式計(jì)算出 Kst。 (4)將計(jì)算出的 Kst 代入式 (4h)～式 (4k)分別計(jì)算出游離硫酸根及游離金屬離子 的濃度。 (5)最后代入相應(yīng)的飽和指數(shù)方程計(jì)算出 Is。 (6)根據(jù) Is 大小判斷是否生成硫酸鹽垢。 碳酸鹽垢的飽和指數(shù)方程 OddoTomson 推薦的計(jì)算油井、氣井 CaCO3的飽和指數(shù)方程 有以下兩種 情： (1)有氣相存在時(shí) ， 其有關(guān)方程如式 ① ～式 ③ 所 示： Is = log{[ Ca2+][ HCO3]2/145PYgCO2fgCO2} + + 10 3 ( + 32) 10 6( + 32)2 10 5P + ① fgCO2 = e145P[10 (+492)] ② 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 26 YgCO2 = YtCO2{1 + [145PfgCO2(5Qw + 10Qo)10 5]/ [( + 492)]} ③ (2)無氣相存在時(shí)，其有關(guān)方程式如式④～式⑥所示： Is = log{[ Ca2+][ HCO3]2/ CaqCO2} + + 10 3 ( + 32) + 10 6( + 32)2 10 5P + ④ CaqCO2 = NtCO2/(Qw + ) ⑤ NtCO2 = YtCO2 ⑥ 式①～⑥中： [Ca2+]—— 水中鈣離子濃度 ,mol/L； [HCO3]—— 水中重碳酸根離子濃度 ,mol/L； P —— 總絕對(duì)壓力 ， MPa； t —— 溫度 ， ℃ ； Si —— 離子強(qiáng)度 ， mol/L； fgCO2—— 在 CH4和 CO2混合氣中 (其中 CO2含量少 ) CO2的逸度系數(shù) ； YgCO2—— 在一定溫度、壓力條件下 CO2在氣相中的含量 ， mol%或 %； YtCO2—— 地面條件下 CO2在氣、油、鹽水混合體系中 (主要為氣相中 )的含量 ， mol%或 %； Qg —— 在標(biāo)準(zhǔn)溫度、壓力條件下每日采出的氣體總量 ,106m3； CaqCO2 —— 每日在鹽水和油中采出的 CO2含量 ， mol/L； Qw —— 每日采出的水量 , m3； Qo —— 每日采出的油量 , m3； NtCO2—— 在標(biāo)準(zhǔn)溫度、壓力條件下每日采出的 CO2氣量 ,106m3。 如何預(yù)測(cè)碳酸鹽結(jié)垢 為預(yù)測(cè)能否生成 CaCO3 垢 ,按下述步驟進(jìn)行 : 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 27 (1)首先判定油層內(nèi)有無氣相存在。根據(jù)氣相存在與否選擇相應(yīng)的計(jì)算公式。 (2)檢測(cè)預(yù)測(cè)井中有關(guān)流體物性、組成 ,收集 有關(guān)資料 (包括壓力 P、溫度 t、 Ca2+濃度、總堿度、 HCO3濃度、離子強(qiáng)度、 CO2含量、標(biāo)準(zhǔn)狀況下總采出氣量 ,油井日產(chǎn)油、水量等 )。 (3)根據(jù)有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算 :假定油層中有氣相存在 ,計(jì)算步驟如下 : ① 用公式 ② 計(jì)算 CO2的逸度系數(shù) fgCO2。 ② 用公式 ③ 計(jì)算在預(yù)測(cè)溫度、壓力條件下的 CO2在氣相中的含量 YgCO2。 ③ 將 fgCO YgCO2 和 t、 P、 Si 等代入 ① 式計(jì)算飽和指數(shù) Is。 (4)依據(jù)計(jì)算出的 Is 大小判斷油井是否生成 CaCO3。 5 注水井結(jié)垢預(yù)測(cè)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)工具 本計(jì)算機(jī)程序的編制采用微軟公司的面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的語言 ，是在WINDOWS XP 環(huán)境下開發(fā)的 WINDOWS 應(yīng)用程序，用事件驅(qū)動(dòng)方式來完成對(duì)程序的控制。計(jì)算程序?qū)τ布o特殊要求，能夠運(yùn)行與 WINDOWS XP，在中文 WINDOWS環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了全漢化操作。 程序言功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)便，能夠滿足本程序編寫的要求。 用 OddoTomson飽和指數(shù)法預(yù)測(cè)注水井碳酸鹽結(jié)垢計(jì)算機(jī)程序 程序代碼 Dim f As Double, Caq As Double, Yt As Double Private Sub Command1_Click() p = t = f = Exp(145 * p * ( * 10 ^ 4 / ( * t + 492))) Qw = 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 28 Qo = Qg = Yt = Yg = Yt * (1 + (145 * p * f * * (5 * Qw + 10 * Qo) * 10 ^ 5) / ( * Qg * ( * t + 492))) A = B = Si = I = Log(A * B ^ 2 / 145 * Yg * f) + + * 10 ^ 3 * ( * t + 32) * 10 ^ 6 * ( * t + 32) ^ 2 * 10 ^ 5 * p * Si ^ + * Si = I If I 0 Then = 過飽和狀態(tài)，能形成垢 End If If I = 0 Then = 溶液與固體垢相平衡 Else = 不飽和狀態(tài)，能形成垢 End If End Sub Private Sub Command2_Click() Yt = Qg = Nt = Yt * * Qg Qw = Qo = Caq = * Nt / * (Qw + * Qo) A = B = 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 29 Si = p = t = I = Log(A * B ^ 2 / Caq) + + * 10 ^ 3 * ( * t + 32) + * 10 ^ 6 * ( * t + 32) ^ 2 * 10 ^ 5 * p * Si ^ + * Si = I If I 0 Then = 過飽和狀態(tài)，能形成垢 End If If I = 0 Then = 溶液與固體垢相平衡 Else = 不飽和狀態(tài)，能形成垢 End If End Sub 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 30 程序界面 實(shí)例運(yùn)算 以印尼蘇門答臘 ZHB8井為例，預(yù)測(cè)其沉沒泵位置處能否生成 CaCO3垢。 參 數(shù) 地 面 井 底 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 31 t(℃ ) p(MPa，表壓 ) [Ca2+](mg/L) [HCO3](mg/L) Si(mol/L) CO2(﹪ ) Qg(106m3，標(biāo)準(zhǔn)條件 ) Qw(m3) Qo(m3) 152 897 (294 桶 ) （ 132 桶） 152 897 (294 桶 ) （ 132 桶） 表 1 ZEB8 井的資料 已知下泵處的壓力為 (表 壓 )，溫度為 ℃ 。 由上表可知 YtCO2=(mol/L)， Si=(mol/L)。將已知數(shù)據(jù)帶入計(jì)算程序 (本實(shí)例考慮了 CO2存在的影響故采用程序 1 運(yùn)算 )，得： (實(shí)例運(yùn)算界面見下頁 ) 經(jīng)過計(jì)算得出飽和指數(shù) Is 0，故可判斷在 ZEB8 井的下泵處會(huì)形成 CaCO3垢。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 32 用 OddoTomson飽和指數(shù)法預(yù)測(cè)注水井硫酸鹽結(jié)垢計(jì)算機(jī)程序 程序代碼 Private Sub Command1_Click() TDS = Si = TDS / 53470 p = t = A = + * 10 ^ 3 * ( * t + 32) * 10 ^ 6 * ( * t + 32) ^ 2 + * 10 ^ 5 * p * Si ^ + * Si * 10 ^ 3 * Si ^ * ( * t + 32) = 10 ^ A 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ） 33 B = C = H = F = Log(B * H) + + 2 * 10 ^ 3 * ( * t + 32) + * 10 ^ 6 * ( * t + 32) ^ 2 667 * 10 ^ 5 * p * Si ^ + * Si * 10 ^ 3 * Si ^ * ( * t + 32) = F G = Log(B * C) + * 10 ^ 3 * ( * t + 32) + * 10 ^ 6 * ( * t + 32) 696 * 10 ^ 5 * p * Si ^ + * Si 2 * 10 ^ 3 * Si ^ * ( * t + 32) = G D =