高含水油井防砂筛管钙碳酸盐结垢堵塞动态规律与机理研究

为解决高含水油井筛管因CaCO3 结垢导致的堵塞问题，研究人员构建动态结垢实验平台，探究温度、流速及浓度对金属筛网结垢规律的影响。研究发现颗粒沉积主导筛管堵塞，湍流加剧结垢但过高流速会因流体冲刷降低净结垢率，为筛管结垢时间预测提供理论依据。

　　

随着油田开发进入中后期，注水开发模式虽提高采收率，却因化学场、热力学场改变引发地层矿物溶解与再沉淀，导致井下设备严重结垢。尤其高矿化度CaCO₃
结垢环境使筛管堵塞风险加剧，传统基于热力学饱和指数（LSI）的预测模型难以反映动态条件下反应动力学影响，亟需揭示湍流环境中筛管结垢机制。

针对这一难题，中国某研究团队在《Geoenergy Science and Engineering》发表研究，通过自主设计动态结垢实验平台，模拟井下湍流环境，系统分析温度（60-90°C）、流速（0.5-2.0 m/s）及Ca²⁺
浓度（1000-3000 mg/L）对金属筛网结垢的影响。关键技术包括：1）动态循环实验装置模拟井下流体剪切力；2）扫描电镜（SEM）表征沉积物形态；3）雷诺平均Navier-Stokes（RANS）模型量化湍流效应；4）采用Stiff-Davis饱和指数验证化学平衡条件。

动态结垢实验
研究发现金属筛网表面沉积物包含溶液形成的颗粒垢与表面析出的晶体垢，其中颗粒垢占比超70%，是堵塞主因。SEM显示颗粒垢呈不规则堆积态，而晶体垢为菱面体结构，两者协同堵塞筛孔。

金属筛网结垢堵塞影响因素分析
实验数据表明：结垢量随温度（90°C时达峰值）、浓度（3000 mg/L时垢量增加2.3倍）及流速（1.5 m/s前正相关）升高而加剧，但流速超过2.0 m/s时冲刷效应使净结垢率下降15%。湍流扰动促使CaCO₃
微粒碰撞筛网表面，低剪切区更易形成致密垢层。

结垢模拟的湍流模型
对比DNS（直接数值模拟）与LES（大涡模拟），研究采用计算量更小的RANS模型，通过k-ε方程量化湍动能对结垢分布的影响，发现筛网边缘涡流区结垢速率较中心区高40%。

结论
该研究首次阐明动态环境下筛管结垢以颗粒沉积为主导的机制，提出“临界流速”概念（1.5-2.0 m/s），为优化注水参数提供依据。通过耦合化学动力学与流体力学，建立的结垢预测模型可指导现场酸洗周期规划，延长筛管寿命30%以上。研究团队Fucheng Deng等人强调，未来需结合井下实际几何结构深化湍流-结垢耦合模型，以应对复杂油藏条件。