brine

________________________________________________________________________________________

1

ScaleChem3.0垢化学分析系统

——石油和天然气工业中结垢预测软件

ScaleChem是由生产技术专家(工程师和科学家)共同开发的一套垢化学分析系统，它可

以预测多达54种矿物的结垢可能性和结垢趋势，囊括了世界上任何油、气产层和处理设施

中可能发生的结垢反应；本系统还能对产出流体中的气—液—固化学反应进行计算，为用户

提供从生产井到地面处理设施以及注水和水处理过程有关结垢的重要信息。

ScaleChem是一种油田应用软件

ScaleChem最初是由美国OLI公司与壳牌石油公司共同开发的，旨在出现矿物结垢问

题时帮助,确定保持油、气产量的工艺方法。在工业应用中，软件已成为工业开发生产中研

究不同条件下结垢和除垢方面实用、操作方便的软件。

ScaleChem可预测600F、22,000psi和700,000ppm

高温、高压、高浓度系统。因此，它几乎可以模拟

任何生产操作。

ScaleChem主要特点：

ScaleChem软件操作非常简便，只是简

单的输入数据,指定分析类型和分析条件,软

件就可预测结垢质量、体积、pH值、矿物化

度、活动系数及其他有关信息。它的主要特

点包括：

(1).水样分析——输入实验数据，软件可协调

电性、pH值、碱性不一致的情况，如果需要，

还可输入CO

2

和固体饱和度值。

(2).产出水和注入水结垢分析——软件可以在

不同的温度和压力下，在一种或多种地层水

中，计算多达54种固体的结垢趋势和沉积情

况。

(3).混合地层水——确定地层水的兼容性，优化混合的比例，以防止水在回注时结垢。

(4).油气藏/井底向导——使地层水在油藏和井底条件下达到饱和矿化度，更精确地预

测生产中的成垢条件。

(5).适用于各种设备（可选功能）——能模拟地层水流过地面处理设备的情况。通过确

定地层水混合比例、在井口、泵以及其他位置的温度和压力，来控制垢生成。

(6).油相——能将油相和水、气和固相一起考虑进行计算。

地层水化学分析

ScaleChem建立了两种化学模型，分别是标准模型和高级模型。标准模型能够很好解决

一般矿物结垢问题并适合于大多数油井，而高级模型是专为较复杂的混合地层水所设计。如

下图所示：

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2

标准模型高级模型

阳离子:

H+,NH4

+,Na+,Mg2+,K+,Ca2+,Sr2+,Ba2

+,Fe2+

Al3+,Cs+,Cu+,Cu+2,Fe+3,Ni+2,Pb2+,Zn2+

阴离子:

OH-,Cl-,SO4

2-,HCO3

-,CO3

2-,

COOH-

SO3

2-,F-,Br-,NO3

-,NO2

-,H2BO3

-,H3SiO4

-

结晶体：

CaSO4,CaSO4.2H2O,SrSO4,

BaSO4,CaCO3,CaMg(CO3)2,

FeCO3,FeSx,NaCl

54种固体,包括碳酸盐、氟化物、氧化物、卤化物、

氢氧化物、硫化物等

盐类醋酸盐、甲酸盐丁酸盐等

气体:

H2S,CO2,CH4乙烷，丙烷,丁烷，异丁烷，戊烷，异戊烷，正乙烷

图形界面

ScaleChem软件面向对象的程序设计能够使你很方便的将图形或图表拷贝到其他字处

理或出版系统中，帮你利用ScaleChem提供的数据和图形生成一份图文并茂的报告或演示

文件。

RESULTSFROMTHEOLISOLVER-SolidsAnalysis-Point1

SolidsPrecipitated:mg/llbs/bblScaleIndex(*)

withprecipnoprecip

BASO446.20.016201.00006.2053

CACO3310.90.108951.00005.8097

CASO4.2H2O0.00.000000.00180.0053

NACL0.00.000000.00550.0055

热力学基础

ScaleChem利用热力学中的多种状态模型而不是经验公式（如下图所示），这就确保使

用者可以正确地分析各种混合地层水，确定它们的结垢情况。ScaleChem可预测600F、

22,000psi和700,000ppm高温、高压、高浓度系统，这就说明它足以可以模拟世界上任何一

个油田的生产系统状况。

001

010

100

1000

10000

1000.00

14

TemperaturedegF

BASO4mg

CACO3mg

soidvolumerate

ScalingScenario

0.001

0.010

0.100

1.000

Pressure,psia

CO2vapor

H2Ovapor

CH4vapor

GasPha

Composition

DuringProduction

________________________________________________________________________________________

3

ScaleChem其它特点

1.完全的电解质种类

2.气—液—固—油平衡分析

3.单点或多点垢形成计算

4.特定位置结垢的计算

5.多种地层水和气体混合计算

6.调节温度和压力以适合油井的各部位

7.在实验室条件下地层水的调和、

8.利用有机酸校正碱度

值、缓冲能力和密度计算

10.气体组分以及露点计算

从下一页开始，我们将向您展示四个具体的实例，以使您更形象的了解

Scalechem3.0垢化学分析系统的强大功能。

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

0123456

NaCl(m)

Obrved

Predcted

Na+

A

ctiv

ity

Co

effi

cie

nt

0

1

2

3

4

5

01234

NaCl(molal)

Sr

S

O4

S

ol

u

bi

l

i

t

y

(

m

m

ol

al

)

Obrved

Predicted

71.1oC

0

0.01

0.02

0123456

NaCl(molal)

Obrved

Predicted

C

a

S

O4

S

ol

u

bi

l

i

t

y

(

m

ol

al

)200oC

________________________________________________________________________________________

4

具体实例:

实例一:在地层水资料并不完备的情况下,一口独立油井中的结垢预测

简介:井情况参阅上表，在观察到油气产量下降,技

术人员怀疑有垢生成。他想确定成垢的原因和部位，但

手中只有一份不完整的地层水分析数据。

解决方法:技术人员将收集到的水样资料、油井和

生产数据输入了ScaleChem(下表中的列1)。在实验室条

件下，Scalechem计算了pH值并分析了离子浓度和碱度

(列2)。然后，利用以上数据，在油藏条件下,考虑气体

流动,重新计算了列2中的数据。ScaleChem利用油藏条

件下的结果预测从产层到井口的结垢情况。

结论：技术人员利用ScaleChem先预测出了井

底精确的pH值以及钙/钡离子的饱和条件，之后

运行垢诊断分析，预测出钡垢随产出水沿井筒向

上运动而逐渐增加，钙垢则主要集中在井筒上

部。(见下图)

WellInformation

WellNameO’DonnelNo.2

LocationAltaLoma

Oil250BOPD

Brine4,000BWPD

Gas1,000Mcfd

Depth14,000ft

Press9,000psia

Temp290F

CO24.5%

FormationFrio

Mineralogyquartz,calcite

dolomite,barite

Measured

Data

Reconciled

forions

Rervoir

Conditions

PH6.7

(wellhead)

7.85.36

Nan.d.1529814,466ppm

Ca690690709.5ppm

Mg554.21ppm

Ba525242.0

SO4383830.9ppm

HCO3

-5605603485

Alkalinity

AsCaCO3

918ppm

Cl24,50023,166ppm

Density1.0211.0260.977g/cc

Brine4,000n/a4230.6BWPD

Gas1,000n/a822.2

Temp70n/a285F

Press15n/a9,000PSIA

CO2(g)4.5n/a2.4%

H2S(g)1.28n/a1.21%

Calciten/a1.0SI

Bariten/a1.0SI

Dolomiten/a1.0SI

0

50

100

150

200

250

300

350

WellPressure,psia

BASO4,mgCACO3,mg

WellScaleScenario

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5

实例二：在处理站不同产出水混合/处理后回注设备的结垢分析

背景：产层不同的几口井的产出物汇聚到一个中

央处理站中。在处理站投入运行之前，技术人员

要确保在处理设备和输送这些不相容的混合水管

线中不会结垢。他还想知道回注水的注水井井筒

和地层不会结垢。

解决方法：采用ScaleChem中模块分析，技术人

员确定可以预测，在处理这些混合水的过程中，

有可能会生成硫酸钡和碳酸钙，下面的数据显示

在FWKO中会有0.002411b/bb1的沉积物生成。

在BWPD为26672时，FWKO将有64.281b的垢

生成。

结论：通过输入水样数据和生产系统状况数据，技术人员可以利用ScaleChem中的处理设

备功能预测出个生产设备中是否有垢的生成，并能计算出在什么条件下生成垢。通过使用

ScaleChem，技术人员能利用所得数据，决定怎样进行化学处理及研究如何分离性质不同的

地层水，避免今后代价高昂垢处理支出。

SOLIDS

PRECIPITATED:

MG/LLBS/BBLSCALE

INDEX(*)

WITHPRECIPNOPRECIP

SODIUMCHLORIDE,

NACL

0.00.000000.00000.0000

ANHYDRITE,

CASO4

0.00.000000.00000.0000

GYPSUM,

CASO4.2H2O

0.00.000000.00590.0063

CALCITE,

CACO3

4.70.001641.00001.1072

BARITE,

BASO4

2.20.000771.00003.0483

STRONTIUMSULFATE,

SRSO4

0.00.000000.00000.0000

IRON(II)SULFIDE0.00.000000.00000.0000

IRON(II)

CARBONATE

0.00.000000.22830.2454

*scaleindex(SI)SI<1==>BRINEISSUBSATURATED

SI>1==>BRINEIS

SUPERSATURATED

SI=1==>BRINEISATEQUILIBRIUM

WITHPRECIP==>SCALEINDEXAFTERSOLIDS

PRECIPITATION

NOPRECIP==>SCALEINDEXAFTERSOLIDS

BrineAnalysisData

BrineABrineBBrineC

Na(ppm)1041,5678,554

K(ppm)000

Ca(ppm)41320479

Mg(ppm)52499

Fe(ppm)0.20.20

Ba(ppm)222

Cl(ppm)1232,70013,596

SO

4

(ppm)1761332

HCO

3

(ppm)1955371,014

CO

3

(ppm)000

pH7.187.8

BWPD24,2981,787587

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6

实例三：海上凝析气井生产中的结垢趋势预测

背景：生产者计划在深海区打一口凝析气探井，并且使用

水下生产平台。但是他必须预先评价在建立生产平台以及

完井过程中是否需要井下化学除垢设备。

解决方法：生产者从附近区块一口同层位井中收集数据，

然后输入ScaleChem，以此分析这口探井的井下结垢趋势。

Pressure

(PSI)

Temp

(F)

Gypsum

(SI)

Calcite

(SI)

Barite

(SI)

BaSO4

(lb/bbl)

CaCO3

(lb/bbl)

30001700.00560.04181.20831.160.0

32502020.00650.08841.09580.630.0

35002350.00000.1933.97490.00.0

37502670.00000.4306.91430.00.0

40003000.00007.5746.68730.01.23

结论：通过使用ScaleChem，生产者发现在生产过程中可能会生成硫酸钡和碳酸

钙。所以，生产者决定选用把处理设备与水下生产平台同时下入的方案。

WellData

-9

LocationHighIsland

Blk-323

BOPD50

BWPD250

MMCFD13

Depth13,500ft

Press4,000psia

Temp300F

CO

2

2.5%

H

2

S0ppm

pH5.5

Na49,000ppm

Ca11,000ppm

Mg1,300ppm

SO

4

10ppm

Alkalinity(asCaCO

3

)81ppm

Cl100,000ppm

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7

实例四：预测天然放射型（NORM）垢的情形

背景：某区块用含有钡离子的水进行注水。

这些水来源于附近的区域。但该水源区域的

管理员声明在他的罐中有（NORM型）硫酸

钡沉积物。所以操作员甲担心注水过程会带

来潜在的环境、法律和处理问题。

解决方法：操作员甲利用ScaleChem软件检

测注入水和生产水的兼容性来确定NORM

型垢的生成趋势。使用软件中的混合水分析

功能，操作员把不同比率的混合水进行分

析，以预测它们在不同的装置中的结垢趋

势。软件向操作者提供了在油藏温度和压力

下，不同比率混合水的结垢饱和指数（S.I）

结论：右图列出了从0到100%注入水不同混合比率下

的五种矿物饱和指数。在混合比率为0%时，硫酸钡和

碳酸钙饱和指数为1，这是因为它们在油藏条件下水

中是饱和的。ScaleChem预测在混合水中所有的物质

都是未饱和的，所以可以放心的注入而不

用担心结垢。

WellData

Depth8600ft

Press10,000psi

Temp275F

BrineInjectionRervoir

Flowvariable100bwpd

pH8.45.69

Na9,41637,371ppm

K113ppm

Ca100335ppm

Mg1.111ppm

Fe5.7ppm

Ba23.755ppm

Cl14,77457,780ppm

SO4

1.765ppm

HCO3

-58.21998ppm

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0

InjectionWaterMixRatio

BASO4xScalIndx

CACO3xScalIndx

FEIICO3xScalIndx

SRSO4xScalIndx

WaterfloodCalculation

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8

Scalechem的特点、功能和好处

特点功能好处

全windows视窗通过windows程序很容易进行数据输入、输

出、图、表和数据存储

基于Windows，使得软件易于学

习，节约时间

多种盐水和气体

输入

为盐水、水、油相和气提供了多种输入阳离

子、阴离子和溶解的气体浓度的界面

由于计算中包括了所有的盐水、

水、油相和气流，使得对井和处

理设备的模拟更精确

计算pH值、电荷

平衡和密度

对pH值和电荷平衡进行自动修正。为不同的

用户提供不同的各种不完全分析。可以设置

为在实验室和现场的不同条件下的计算。

减少了因错误水样分析带来的

不可预知的问题的机会，同样也

就可以进行更有效的处理。

各种温度和压力

条件下结垢部位

模拟

通过各种温度和压力条件下的结垢计算模

拟，得到油井的结垢趋势图

综合的计算减少了计算工作。通

过查明结垢部位，可以找出更有

效的处理方法。

混合水不同的液流多种盐水混合。混合地点在井口，

注水设备和其他位置的情况都可以进行模拟

模拟所有可能的结垢部位，从而

得到最适宜的流率和流体，这就

减少了不相容水样混合而结垢

的机会

设备得到从不同油井到生产设备中的地层水和垢

的生成流程图

潜在的结垢会在结垢发生之前

被发现，可以采取预防措施，从

而减少了生成的成本和损失

图表化图表可以被复制和粘贴到word文档，图形能

清晰的指出在生产中的趋势进行评价

图表使解释更形象，也利于做出

更好的决定。图表也更利于对别

人传达信息

气-液-油-固相的

完全模拟计算

Scalechem包括了相关的电解质液、有机物、

气体和54种垢的全部化学计算。所有的潜在

垢及结垢问题都考虑到了

考虑了所有的化学因素，这使得

用户完全可以相信所得到的数

据来做出重大的决定

油层饱和计算了在油层条件下的地层水环境。这在实

验数据不全，但盐水在井下已经饱和的情况

下很有用。

否则就会让无用的实验数据当

成了有用的信息，从而减少了额

外的取样和分析工作

计算垢的产生和

生长

指出了在每个计算点结垢的潜在可能性和垢

的生长趋势

知道了精确的结垢速度，就可以

给用户时间来对潜在的问题决

定如何处理

考虑有机酸的碱

度的修正

自动从测得的碱度中除掉有机酸浓度，而得

到的是真实的碱度

正确的碱度值使得对方解石和

菱铁矿的饱和计算更精确

气相成分和水分输入CH

4

、CO

2

、H

2

S和水蒸气，软件能自动

计算在任何特定温度和压力下的露点

真实的气相成分才能得到真实

的预测，尤其是当H

2

O和CO

2

成分含量从井下到地面不断变

化的时候