姬塬油田集輸系統(tǒng)工藝法防垢模式的評價

雒和敏，張榮輝，鐵成軍，董立超，顧中波，師濤

中國石油長慶油田公司第八采油廠，陜西西安710021

姬塬油田集輸系統(tǒng)工藝法防垢模式的評價

雒和敏，張榮輝，鐵成軍，董立超，顧中波，師濤

中國石油長慶油田公司第八采油廠，陜西西安710021

姬塬油田的樊學區(qū)塊，由于各層系地層水配伍性差，加之混層開發(fā)及混合處理的集輸模式，導致集輸系統(tǒng)結垢嚴重，直接影響到原油正常生產，存在嚴重的安全隱患。為保障系統(tǒng)平穩(wěn)運行，采用以工藝法防垢為主，化學、物理法防除垢為輔的綜合清防垢體系，逐步形成了“原油分層集輸、分層處理、凈化油合層輸送、采出水分層回注”的工藝模式，結垢治理取得了較大成效。針對近兩年工藝法防垢的現場應用情況及效果分析，評價工藝法防垢的應用效果。

油田；集輸系統(tǒng)；結垢；工藝法防垢

0 引言

油田進入大規(guī)模開發(fā)建設期，常采取多層系迭合開發(fā)，配套建設的集輸工藝及原油處理工藝也多采用多層系混合集輸、混合處理的開發(fā)模式，導致工藝系統(tǒng)結垢現象嚴重[1-2]。目前姬塬油田采用混層開發(fā)及混合處理的集輸模式，各層系采出水配伍性差，系統(tǒng)結垢已影響原油正常生產，存在嚴重的安全隱患。本文在對姬塬油田樊學區(qū)塊配伍性進行試驗研究的基礎上，通過化學、物理及電子和聲波防垢技術的應用及集輸工藝改造，評價了工藝防垢模式的應用效果。

1 工藝防垢模式

1.1 阻垢劑

在學2增、學4增、學5增、學一轉、學二轉等5座結垢嚴重站點開展了阻垢劑篩選評價試驗。長慶化工生產的ZG-558型阻垢劑對學5增、學一轉阻垢效果好。學2增、學4增、學二轉站點由于混采層位多，地層水中Ca2+、Sr2+、Ba2+含量都很高，常規(guī)鋇鍶垢阻垢劑會產生絮凝和加速鈣離子沉淀。經過多次試驗，采用了新型阻垢劑ZBC-10，用于高、中Ca2+、Sr2+、Ba2+濃度的油田水處理，阻垢性能優(yōu)良。ZG-558型阻垢劑在學5增投加2個月后，結垢速率由15 mm/a降為6 mm/a；在學一轉投加3個月后，結垢速率由20 mm/a降為4 mm/a。ZBC-10型阻垢劑在學2增投加2個月后，結垢速率由30 mm/a降為24mm/a；在學4增投加3個月后，結垢速率由20mm/a降低為12mm/a，具有一定防治效果。

1.2 管道物理清垢技術

針對單井集油管道因結蠟、結垢導致頻繁堵塞，熱洗無效的現象，引進物理除垢技術，對管道進行通球清垢，針對結垢嚴重的學29、學77-84等10條管道進行物理清垢，共清理管道28 km。清垢后管道平均回壓下降2.2 MPa，清垢效果顯著，如表1所示。

表1 管道物理清垢技術效果

1.3 井下清防垢工藝試驗

1.3.1 井下點滴防垢

油田開發(fā)進入中后期以后，井筒結垢腐蝕嚴重，影響了油井的正常生產，根據各井結垢程度以及產液量，預計作業(yè)周期，重點評價各井合適的儲藥管長度、加藥濃度等工藝參數，共實施7口井。試驗結果表明井下自動點滴加藥裝置有效期為10個月，可有效防治井筒結垢，滿足生產需求。

1.3.2 油套環(huán)空添加防垢劑

對11口結垢油井采取油套環(huán)空添加防垢劑的方式，選用膦酸基丁烷三羧酸（PBTCA），投加質量分數為30×10-6，加藥周期為7 d，試驗結果表明此方法可以有效防治井筒結垢：井筒結垢趨勢明顯減緩，結垢速率由35 mm/a降為24 mm/a，延長了檢泵周期和油管桿使用壽命，具有一定效果。不足之處在于無法實現隔采井、套壓控制油井的投加。

1.4 電子和聲波防垢技術

電子感應水處理器阻垢除垢儀和超聲波防垢除垢儀已在樊學區(qū)塊學2增、學4增、學5增、學一轉及學二轉等15個站點應用，現場運行平穩(wěn)，具有一定的防垢效果，能夠有效保護重點設備。防垢儀器配套安裝后，使加熱爐盤管更換周期由1～3個月延長到6～12個月，外輸泵維修周期延長至6個月，且安全平穩(wěn)運行，防垢效果明顯。新型防垢除垢裝置能使結垢速率變緩，但是其作用的距離、范圍有限，因而主要用來保護加熱爐、外輸泵等重點設備。但它不能從根本上解決成垢離子的產生。

1.5 集輸工藝改造

1.5.1 工藝需求及改造原則

針對多層系疊合開發(fā)區(qū)塊混合集輸容易結垢的問題，在地面工程建設的同時提出工藝需求及改造原則。

（1）對不配伍層系混層開發(fā)油井，對液量較小達不到管道最小起輸量或拉運方式成本較高的井組，進行改層處理或采用混層集輸的方式輸送。不配伍雙層系混合開發(fā)井場依托雙管流程實現分層集油，兩個以上不配伍層系混合開發(fā)井場及功圖計量井場，采用新增單井管道的方式實現分層集油。

（2）增壓點分層后液量最大的層系依托已建系統(tǒng)外輸，其余層系新建規(guī)格D60 mm×3.5 mm或D 76 mm ×4 mm外輸管道，管道承受壓力為20 MPa，采用間歇輸送方式；外輸泵優(yōu)先選用CQ系列單螺桿泵，伴生氣豐富的增壓點采用油氣混輸泵；液量分層后外輸液量20 m3/d以上的層系采用管道輸送，確保管道最大停輸時間，液量小于20 m3/d的層系采用增壓點集中拉油或單井拉油的方式。

（3）根據三疊系與侏羅系液量差異、地層水配伍性差異，在接轉站附近新建脫水站，對液量較小層系站外脫水，脫出污水簡易處理、同層回注，凈化油與站內含水油混合外輸至聯(lián)合站集中處理。

（4）聯(lián)合站站內液量較大層系依托站內已建系統(tǒng)，液量較小層系依托站內新增三相分離器或站外脫水站脫水，兩層系凈化油混合外輸至下游站點。

1.5.2 改造方案及效果

依據如上改造原則及現場實際，提出了集輸系統(tǒng)分層改造方案（圖1）及接轉站分層改造工藝流程（圖2）。

集輸系統(tǒng)分層改造后，樊學區(qū)塊建立了延9集輸系統(tǒng)、長8集輸系統(tǒng)、長4+5集輸系統(tǒng)，工藝改造實現了侏羅系與三疊系依托雙流程分層集油、分層進站、總機關分層集油、加熱爐分層加熱、緩沖罐分層配套、外輸系統(tǒng)分層外輸，實現了“分層集輸、分層脫水、同層回注”的集輸模式，確保了樊學區(qū)塊學一脫、學二脫、學三脫、學一聯(lián)等站點的平穩(wěn)運行，明顯減緩了學一聯(lián)、學一轉、學二轉、學三轉、學4增等結垢嚴重站點的結垢速率，并且延長了站內主要設備的結垢周期，有效緩解了系統(tǒng)輸油壓力。樊學區(qū)塊采出水日回注量高達900 m3/d，有效回注率達75%，全區(qū)實現了“井組雙管集油、增壓點分層集輸、接轉站分層脫水、采出水同層回注、配套防除垢及化學加藥設備”，緩解了整個區(qū)塊集輸系統(tǒng)的結垢速率，確保集輸系統(tǒng)平穩(wěn)、高效運行，較好地解決了集輸系統(tǒng)結垢嚴重的問題。

圖1 集輸系統(tǒng)分層改造總體方案

圖2 接轉站分層改造工藝流程

學4增分層改造前1#加熱爐一次加熱進口壓力為0.4 MPa，出口壓力0.3 MPa，壓差0.1 MPa，垢層厚度為30 mm，均勻且致密，人工清除難度很大。分層改造實施5個月后，打開加熱爐進行檢查，發(fā)現垢層有脫落現象，盤管內垢層呈斑駁、坑洼狀，盤管內壁顯露出金屬本色，觀察壓力變化情況發(fā)現2臺加熱爐進口壓力均有所降低，壓差也在逐漸縮小，1#加熱爐進、出口壓力降為0.3 MPa和0.25 MPa。在學二轉分層改造實施后，系統(tǒng)運行壓力降低0.5 MPa，效果明顯。學一轉分層改造后結垢速率由20 mm/a降為4 mm/a，學二轉分層改造后結垢速率由30 mm/a降為24 mm/a，學三轉分層改造后結垢速率由20 mm/a降為12 mm/a。

1.5.3 經濟效益評價

工藝流程改造后防垢效果明顯（見圖3），其效益主要體現在三個方面：其一節(jié)約了維修費用。過去結垢嚴重站點每3個月就要對加熱爐盤管更換一次，更換一組盤管費用約0.8萬元，流程改造后，目前盤管平均更換周期由3個月延長至1年，每臺加熱爐平均每年節(jié)約2.4萬元。其二提高了安全系數?？捎行Х乐构傅纳?，避免了加熱爐盤管鼓包、變形、穿孔，管道堵塞等引發(fā)的安全問題。其三降低了加熱爐壓差。處理后加熱爐進、出口壓差由原來的0.2～0.3 MPa降至0.02～0.1MPa，可以降低前端機泵負荷，節(jié)省電費約2.3萬元/年。

圖3 改造前后結垢情況對比

2 對工藝防垢模式的認識

油田地層防垢主要采用注水系統(tǒng)連續(xù)投加阻垢劑的方法。井筒防垢主要采用油套環(huán)空投加阻垢劑、增設井下防垢工具等防垢對策。站點工藝流程改造只能解決一個“點”，而整個集輸系統(tǒng)的“面”的結垢問題依然存在。而其他層位新投井也可能進入老站點集輸流程，使得老站點水質成分變得復雜，結垢問題越來越嚴重，治理難度也會越大。因此，整個系統(tǒng)應采用綜合防垢治理模式進行油田防垢工作。

（1）利用工藝防垢技術優(yōu)化集輸工藝，實現分層集輸與設立結垢帶相結合的工藝流程，讓成垢離子相互隔離或集中在結垢帶內結垢，緩解集輸系統(tǒng)“面”的結垢。目前樊學區(qū)分層改造基本完成，混合開發(fā)井組及站點已經實現分層集輸，各站點結垢問題得到有效緩解。

（2）新型防垢除垢儀器能夠降低結垢速率，且能夠使已結垢體變碎易清理，因而可以依靠它保護加熱爐、外輸泵等重點設備。不足之處在于其作用的距離、范圍有限。

（3）化學加藥解決中、長距離集輸管道結垢問題，發(fā)揮化學防垢技術的長效性特點，緩解集輸系統(tǒng)“線”的結垢問題。同時，化學防垢法在地層、井筒及站點也有較好的效果。集輸站點可在各增壓點投加合適的化學阻垢劑。對新建站點配套安裝加藥裝置、優(yōu)化站點加藥位置，由加熱爐一次加熱進口處改至總機關匯管處，保護重點單元，提高藥品使用效率。

3 結束語

油田結垢的防治對油田開發(fā)生產有著至關重要的意義，應重視其研究工作。在清防垢工作中，防垢儀器保護重點設備，緩解重點設備的結垢；化學加藥保護中、長輸管道，緩解集輸管道的結垢；工藝改造使成垢離子相互隔離緩解整個工藝系統(tǒng)的結垢。這些形成綜合防垢體系，以確保集輸系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行，此防垢模式在姬塬油田得到了較好的應用效果，取得了明顯的經濟效益。

[1]左景欒，任韶然，于洪敏.油田防垢技術研究與應用進展[J].石油工程建設，2008，34（2）:7-14.

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[3]雒和敏，鐵成軍，李衛(wèi)民，等.樊學油田多層系地層水結垢與配伍性研究[J].甘肅科學學報，2012，24（3）:36-39.

[4]劉寧，周佩，張振云，等.樊學油田多層混輸結垢原因及治理措施探討[J].石油化工應用，2012，31（7）:80-84.

[5]鄭凱，余宏偉，余蘭蘭.管道成垢原因及治理措施[J].油氣田地面工程，2005，24（10）:41.

Evaluation of Process Method for Scale Prevention in Transport and Gathering System ofJiyuan Oilfield

Luo Hemin，Zhang Ronghui，Tie Chengjun，Dong Lichao，Gu Zhongbo，ShiTao
Eighth OilRecovery Factory of PetroChina Changqing Oilfield Branch Company，Xi’an 710021，China

In Fanxue Block of Jiyuan Oilfield，serious scale exists in gathering system due to the poor compatibility of stratum water from different strata as well as the mixing stratum development and mixing gathering and transport mode.So the crude oil production is affected directly，and there is a serious safety risk.To ensure the system running smoothly，the associated cleaning and preventing scale system is developed，which adopts process method supplemented by chemical and physical clearing scale methods and forms the process mode of“crude oil stratified gathering and transport and processing；purified oil gathered transport；produced water stratified reinjection”.The scale prevention has achieved a remarkable effect.Based on the field application of the process method for scale prevention in recent two years，the benefit of applying the mode is evaluated.

oilfield；transport and gathering system；scale；process method for scale prevention

中國石油長慶油田公司2012年度科技計劃項目（編號20126979）

10.3969/j.issn.1001-2206.2014.04.016

雒和敏（1967-），男，甘肅甘谷人，工程師，2004畢業(yè)于北京理工大學工商管理專業(yè)，長期從事采油生產管理工作。

2013-12-21

2014-06-01