油田集输管线集中除垢工艺研究与应用庞庆梅

油田集输管线集中除垢工艺研究与应用庞庆梅

庞庆梅

大庆油田有限责任公司第二采油厂第二作业区南三一联合站

摘要：油田注水、集输系统结垢是油田开发生产过程中普遍存在的问题，只要流体中存在两种不配伍的水，或者流动过程中温度、压力等条件发生变化，就会有结垢的可能，结垢问题主要存在于油井井筒、地面集输管线及注水系统3个方面，注水系统结垢尤为严重。在原油开采过程中，注水系统结垢会导致注水管线发生垢卡，必须进行停产维修，使管线清洗费用增加，给原油开采带来了极大的危害，严重影响了油田的正常生产和经济效益。管道结垢还会诱发管道局部腐蚀，导致管道漏失频繁，甚至穿孔，造成破坏性事故。

关键词：油田集输；管线集中；除垢工艺

1引言

水垢的生成主要取决于盐类是否过饱和以及盐类结晶的生长过程。影响油田集输、供注水、污水及脱水处理系统结垢的因素很多，其中一个重要的因素是油田注入水的成分和类型。Salman等人研究表明影响注水系统结垢最主要的原因是注入水的水质，由于注入水的热力学不稳定性和化学不相容性，水中离子平衡状态被破坏从而造成结垢问题。当油田注入水中含有高浓度的碳酸盐、硫酸盐、氯化物和钡盐时，油田注入水就有了形成碳酸钙、硫酸钙和硫酸钡水垢的基本化学条件，只是环境条件发生变化，打破了原来油层水中溶解物质的平衡状态，就有可能形成水垢。控制油田注入水结垢的方法很多，国内外阻垢技术有很多种，如控制PH值，水的软化处理，防止不相容水混合，加阻垢剂等。

2防垢工艺技术发展现状

目前国内外普遍采用的方法是加阻垢剂为主，通过阻垢剂的加入可以防止或阻止积垢的生成。阻垢剂使用方便，成本低，阻垢效果好。投加阻垢剂可以从以下两个方面起作用：在晶体中引入杂质，阻碍晶体的进一步生长，或使晶体的晶格发生变形，使晶体变得疏松肿胀而易被水流带出系统。

（1）油水井通过挤注法注入防垢剂。该方法是把防垢剂挤进地层，使防垢剂与岩层充分吸咐。其适用于油井近井地带污染。

（2）周期性滴加化学防垢剂。该方法是通过油井套管环形空间，周期性滴加化学防垢剂，一般对结碳酸钙型垢的油井和流程比较适用。

（3）改变注入水性质。对于易发生结垢的注水井，在注入水中加入改性剂，消除成垢离子，降低pH值并清除碳酸根离子，防止显弱碱性的注入水与显弱酸性的原始地层水中和结垢，从而杀灭细菌，阻止各类细菌生长，使腐蚀受到抑制。

3集输系统结垢成因分析

第一，成垢物质的来源。整个系统闭环循环，进入系统的物质是原油、地层水和定期补充的新鲜水，其中补充水的量相对较少，且矿化度低，不会带来太多的垢。成垢物质主要来源于采出原油和地层水，包括溶解于水中的成垢离子和不溶解的固相颗粒物，这些物质在掺水炉中成垢而堵塞。分析实验表明，堵塞掺水炉管的垢中主要成分为碳酸钙，主要是因为碳酸钙溶解度随温度升高而降低。

第二，注入水矿化度低于原始地层水，对储层矿物具有溶蚀作用，与地层水混合，因此，采出水矿化度高，采出水中溶解物在集输系统析出、沉积，造成结垢。解释：（1）原始地层水与储层矿物之间早已形成溶解平衡，所以在油田开采初期，没有或极少有溶蚀作用产生。但是当注水开发一定时期后，水（地层水与注入水的混合物）的矿化度降低，溶蚀作用开始产生。（2）储层矿物成分在水中的溶解度很低，但是不等于没有溶解度，否则自然界中就不会有钟乳石出现。

第三，当溶蚀作用产生，储层岩石骨架开始变化，逐渐释放出各种矿物颗粒，包裹在原油中，被带入集输系统，部分发生沉积，与水中成垢离子形成的垢混合，共同沉积。解释：储层释放的不溶解颗粒就像水泥砂浆中的沙子，水中可产生垢的离子就像水泥砂浆中的水泥（起粘结作用）。

第四，扶扬油层温度高于集输系统温度，注入水在高温下对矿物离子的溶解度高，采出水进入温度相对较低的集输系统，溶解度降低，导致水中离子沉积。

第五，葡萄花油层温度低于集输系统温度，所以不存在3中所述现象，但是葡萄花油层产出水矿化度高（10000mg/L以上），所以也容易在集输系统中析出、沉积。

第六，注入水和地层水在储层中可能溶解一些酸性气体（二氧化碳和硫化氢），所以pH值较低，使矿物离子溶解度升高，当采出水进入集输系统，酸性气体被释放或与设备中的铁反应，导致水的pH值升高，这时，矿物离子溶解度降低，导致沉淀析出，吸附在炉管壁上。

4集输管线集中除垢工艺

4.1适当增加防垢剂用量

企业标准中规定20mg/L，对应的钙镁离子浓度为52mg/L；本系统中掺水含成垢离子浓度平均为119.3mg/L左右，是企业标准中的2.3倍，因此，增加防垢剂用量应达到2.3倍，即46mg/L左右。

4.2提高进加热炉掺水的pH值

首先低成本的除去大部分成垢组分，然后再用防垢剂，预计可节约成本；其次还可使不溶解的固相颗粒沉积出来，无论是水中的还是油中的。（1）技术原理，因为碳酸钙是结垢主要成分，考虑在加热炉前定期加入碳酸钠（廉价、安全），使循环水中的钙离子变成疏松的碳酸钙沉淀，使之容易被水流冲走，避免沉积在加热炉中：（2）加入点在沉降罐后，防垢剂加药点前，首先要溶解碳酸钠，以液态注入系统，可生成软垢，不会沉积，最终会留在沉降罐中。（3）pH值要合适，即不影响下游防垢剂的效果，也不要引起原油乳化。

4.3增强防垢效果措施

（1）搞好掺水进加热炉之前的沉降操作，减少进炉悬浮物量；（2）在防垢剂中复配缓蚀组分，减少炉管腐蚀，防止悬浮物沉积和垢的附着；（3）搞好注水杀菌；（4）在考虑成本的前提下，适当增加防垢剂用量；（5）开发新的高效缓蚀防垢剂，以适应现场水质。

结束语：

综上所述，筛选效果好、经济适用的防垢剂产品，有效降低系统成垢量，降低因结垢问题给油田生产运行带来的经济损失。

参考文献：

[1]马淑清，刘健，高清河，钱慧娟．三元复合驱结垢及化学防垢剂研究进展[J]．当代化工，2016

[2]王兵，李长俊，廖柯熹，等．管道结垢原因分析及常用除垢方法[J]．油气储运，2008