永寧采油廠雙河西區(qū)注水井腐蝕結(jié)垢控制＊

李國明 贠玉平 王亞雄 安思彤 唐組友

（1．陜西延長石油（集團）有限責任公司研究院

2．延長油田股份公司研究中心）

（3．中原油田采油工程技術(shù)研究院）

延長油田永寧采油廠雙河西區(qū)目前共有注水井229口，累計注水193．9×104m3，綜合含水27．3%。地層平均滲透率：（0．2～5）×10－3μm2，平均喉徑：0．17～1．36μm，平均孔隙度：8%～15%，平均地層溫度：45～50℃。雙河西區(qū)注水系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢嚴重，特別是四號注水系統(tǒng)整體結(jié)垢、腐蝕嚴重，管線頻繁穿孔、罐體多處漏水，注水管柱腐蝕、堵塞嚴重，儀表、閥門失靈，注水泵性能減退，導(dǎo)致注水工作無法正常開展（圖1～圖4）。

1 腐蝕結(jié)垢因素分析

1．1 腐蝕結(jié)垢速率測試

通過實驗測試，考察雙河西區(qū)腐蝕結(jié)垢情況。采取室內(nèi)掛片的方式，選用碳鋼J55鋼片，并根據(jù)延長油田注水層溫度45～50℃，選取50℃作為評價的溫度。動態(tài)實驗轉(zhuǎn)速按照注水流速進行擬合計算，采用150 r／min，實驗周期7天。實驗測試裝置見圖5，室內(nèi)腐蝕結(jié)垢測試結(jié)果見表1。

表1 室內(nèi)腐蝕結(jié)垢測試Table 1 Interior test of corrosion and scale for mation

測試結(jié)果表明，雙河西區(qū)回注水質(zhì)存在腐蝕結(jié)垢現(xiàn)象，特別是動態(tài)條件下，腐蝕速率＞0．254 mm／a（根據(jù) NACE標準 RP－0775－91對腐蝕程度的規(guī)定），屬于極嚴重腐蝕。且水質(zhì)存在結(jié)垢問題，動態(tài)條件下的結(jié)垢明顯高于靜態(tài)條件。

1．2 水質(zhì)分析

為確定永寧雙河西區(qū)注水系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢的因素，對注水井注入介質(zhì)進行測試分析，結(jié)果見表2和表3。

表2 水質(zhì)測試結(jié)果Table 2 Water quality test

表3 離子含量Table 3 Ion content test （mg·L－1）

測試數(shù)據(jù)表明：永寧雙河水質(zhì)p H值6．5，略微偏酸，水質(zhì)指標含鐵、粒徑中值、溶解氧、含硫、懸浮固體含量及細菌全部超過注水水質(zhì)標準要求（按照延長油田注入水水質(zhì)指標標準，永寧雙河西區(qū)執(zhí)行Ⅱ級標準）。其中溶解氧及細菌的存在是導(dǎo)致水質(zhì)腐蝕的根本原因。水質(zhì)存在鈣鎂等成垢陽離子及碳酸氫根、硫酸根等成垢陰離子，特別是鈣鎂離子含量較高，在1 600 mg／L以上。說明存在無機鹽結(jié)垢的條件。

1．3 結(jié)垢趨勢預(yù)測

為進一步考察永寧雙河水質(zhì)本身的結(jié)垢情況，對其進行無機鹽結(jié)垢趨勢的預(yù)測。根據(jù)SY／T 0600－2009《油田水結(jié)垢趨勢預(yù)測》標準，碳酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測按照Davis－stift飽和指數(shù)計算公式進行：

式中，SI為飽和指數(shù)；p H值為水樣的p H值；K為修正系數(shù)，由不同溫度時離子強度μ與修正系數(shù)K的關(guān)系曲線查得；p Ca為Ca2＋濃度（mol／L）的負對數(shù)；p Al K 為總堿度（mol／L）的負對數(shù)；μ為離子強度；ci為第i種離子濃度，mol／L；zi為第i種離子價數(shù)。

穩(wěn)定指數(shù)法（Ryznar）計算公式：

硫酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測按下式進行：

式中，S為CaSO4結(jié)垢趨勢預(yù)測值，mmol／L；KSP為溶度積系數(shù)，可由水的離子強度和溫度的關(guān)系曲線查得；X 為Ca2＋與SO24－的濃度差，mmol／L。

判斷依據(jù)：由水中實測Ca2＋和SO24－濃度，再計算出水中CaSO4實際含量C（C取Ca2＋和SO24－濃度的最小值），mmol／L．

表4 飽和指數(shù)結(jié)垢判斷依據(jù)表Table 4 Judgement data of saturation index for scale for mation

表5 穩(wěn)定指數(shù)結(jié)垢判斷依據(jù)表Table 5 Judgement data of stability index for scale for mation

表6 硫酸鈣結(jié)垢判斷依據(jù)表Table 6 Judgement data of calcium sulfate scale for mation

按照上述計算公式，對永寧雙河水質(zhì)進行碳酸鈣垢、硫酸鈣垢的結(jié)垢預(yù)測，測試數(shù)據(jù)見表7～表8。

表7 碳酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測數(shù)據(jù)Table 7 Prediction of calcium carbonate scale for mation trend

表8 硫酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測數(shù)據(jù)Table 8 Prediction of calcium sulfate scale for mation trend

結(jié)果表明，隨著溫度升高，永寧雙河回注水質(zhì)碳酸鈣結(jié)垢趨勢從無到有并逐漸增強，表明注水進入地層后，可能有碳酸鈣結(jié)垢出現(xiàn)。在地層及井筒溫度下，不存在硫酸鈣的結(jié)垢趨勢。

1．4 結(jié)垢試樣分析

采用XD－2型X衍射儀對現(xiàn)場取回的永寧雙河西區(qū)四號注水站地面輸水管線、分水器結(jié)垢試樣以及304注水井1 200 m處的結(jié)垢試樣成份進行分析，具體情況見圖6～圖11。

X衍射圖譜分析表明，雙河西區(qū)不論地面系統(tǒng)還是注水井筒中的結(jié)垢試樣，其主要成分均為鈣鎂的碳酸鹽，說明由于水質(zhì)存在鈣鎂等成垢陽離子及碳酸氫根等成垢的陰離子，在一定的外界條件下導(dǎo)致結(jié)晶析出，逐漸沉積成垢。

通過對永寧采油廠雙河西區(qū)回注水質(zhì)的測試、結(jié)垢預(yù)測及結(jié)垢試樣成分分析，確定了水中溶解氧、細菌以及成垢陰陽離子的存在是導(dǎo)致回注水腐蝕結(jié)垢的主要因素。

2 腐蝕結(jié)垢規(guī)律研究

為進一步考察雙河西區(qū)水質(zhì)的腐蝕結(jié)垢情況，通過測試不同溫度、p H值以及溶解氧條件下的腐蝕結(jié)垢速率［1－3］，對雙河西區(qū)回注水質(zhì)的腐蝕結(jié)垢規(guī)律進行探討，測試結(jié)果見圖12～圖14。

結(jié)果表明，隨著溫度升高、p H值降低及水樣中溶解氧增加，水質(zhì)的腐蝕速率明顯提高。溫度升高、p H值升高及水樣中溶解氧增加，水質(zhì)的結(jié)垢速率有所提高。在提高水樣p H值及除氧的條件下，水樣腐蝕結(jié)垢程度明顯減弱。

3 控制方法研究

雙河西區(qū)注入水腐蝕結(jié)垢的因素主要包括溶解氧、細菌及成垢離子的存在，通過前面實驗中適當提高水樣p H值及除氧的情況下，水樣腐蝕結(jié)垢程度明顯減弱。由此確定腐蝕結(jié)垢的控制方案：向水中投加p H值調(diào)節(jié)劑對水體p H值進行微調(diào)，投加除氧劑、殺菌劑及緩蝕阻垢劑控制腐蝕結(jié)垢，從而達到綜合防腐防垢的目的。

3．1 p H值調(diào)節(jié)劑的篩選

選擇了3種堿類藥劑作為p H值調(diào)節(jié)劑，通過使用效果的考察，對藥劑進行篩選，結(jié)果見表9。

表9 p H值調(diào)節(jié)劑性能Table 9 p H modifier perfor mance

根據(jù)藥劑投加量及產(chǎn)生的污泥量進行對比，確定藥劑J－1作為雙河西區(qū)回注水處理的p H值調(diào)節(jié)劑使用，投加質(zhì)量濃度為50 mg／L。

3．2 除氧劑的篩選

為去除雙河西區(qū)水質(zhì)中所含的溶解氧，降低氧腐蝕，實驗篩選了除氧劑，結(jié)果見表10。

表10 除氧劑性能評價Table 10 Deoxidant perfor mance

通過室內(nèi)篩選，確定YL－1作為除氧劑使用，投加質(zhì)量濃度為9 mg／L。

3．3 殺菌劑的篩選

實驗選用了3種殺菌劑，以確定現(xiàn)場適用的殺菌劑種類和加藥濃度，結(jié)果見表11。

表11 殺菌劑性能評價Table 11 Bactericide perfor mance

測試結(jié)果表明，殺菌劑cy12－11投加質(zhì)量濃度在100 mg／L時，SRB、TGB以及FB的殺菌率均為99．99%，達到標準要求。

3．4 緩蝕阻垢劑的篩選

為進一步減緩腐蝕并對雙河西區(qū)水質(zhì)無機鹽結(jié)垢進行控制，實驗選用4種緩蝕阻垢劑進行篩選評價，確定了合適的藥劑及投加濃度，結(jié)果見表12。

結(jié)果表明，在ZYZJ－2的投加質(zhì)量濃度為150 mg／L時，緩蝕率和阻垢率均超過85%，符合標準要求。因此，選用ZYZJ－2作為緩蝕阻垢劑現(xiàn)場投加。

表12 緩蝕阻垢劑性能評價Table 12 Corrosion and scale inhibitor perfor mance

3．5 加藥方案的確定

采用永寧雙河西區(qū)雙河聯(lián)合站現(xiàn)有的污水處理流程，按照實驗篩選出的藥劑調(diào)整加藥方案，對水質(zhì)進行處理，減緩回注水質(zhì)腐蝕結(jié)垢。調(diào)整后方案見表13。

表13 雙河聯(lián)合站調(diào)整加藥方案Table 13 Dosing scheme adjust ment at Shuanghe union station

即在原加藥方案的基礎(chǔ)上，增加p H值調(diào)節(jié)劑及除氧劑，并調(diào)整原加藥方案的緩蝕阻垢劑和殺菌劑，使用實驗篩選出的藥劑，控制腐蝕結(jié)垢的發(fā)生。

具體的現(xiàn)場加藥工藝如下：

（1）原工藝流程：

（2）調(diào)整后的工藝流程：

3．6 防腐防垢效果

通過采用上述藥劑對雙河西區(qū)采油污水進行處理后，采用動態(tài)模擬測試腐蝕結(jié)垢速率，結(jié)果見表14。

表14 處理后水質(zhì)腐蝕結(jié)垢情況Table 14 Corrosion and scale for mation in treated water

測試結(jié)果顯示，通過調(diào)節(jié)p H值、除氧、殺菌及投加緩蝕阻垢藥劑后，水質(zhì)的腐蝕結(jié)垢速率均有較大程度的降低，腐蝕速率為0．030 4 mm／a，腐蝕速率降低89．7%，結(jié)垢速率降低72．5%，腐蝕速率達到標準要求的0．076 mm／a的規(guī)定值。表明采用綜合防腐防垢方案，達到了預(yù)期效果。

4 結(jié)論

（1） 通過現(xiàn)場調(diào)查分析與室內(nèi)研究評價，確定了回注系統(tǒng)中溶解氧、細菌以及成垢陰陽離子的存在是導(dǎo)致井筒腐蝕結(jié)垢的主要因素。

（2） 腐蝕結(jié)垢規(guī)律研究結(jié)果表明，通過提高水質(zhì)p H值及除氧，水樣腐蝕結(jié)垢程度明顯減弱。

（3） 實驗篩選出p H值調(diào)節(jié)劑、除氧劑、殺菌劑以及緩蝕阻垢劑作為水質(zhì)防腐防垢的藥劑，通過藥劑的投加，回注水質(zhì)腐蝕結(jié)垢程度明顯減弱，達到回注要求。

［1］ 張吉明．油水井筒腐蝕結(jié)垢及防垢除垢工藝研究［D］．天津：天津工業(yè)大學(xué)，2007，2．

［2］ 于寶石，王玉艷，王維旭，等．白駒油田集輸系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢原因分析及防護對策［J］．石油與天然氣化工，2012，41（1）：85－89．

［3］ 舒勇．防腐防垢綜合配套技術(shù)在開發(fā)中后期油田集輸系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］．石油工程建設(shè)，2003，29（2）：26－29．