長慶油田X 增壓站結(jié)垢原因分析及治理

劉貴賓，翁華濤，韓創(chuàng)輝，閆強(qiáng)偉，趙 娜

（西安長慶化工集團(tuán)有限公司，陜西西安 710018）

長慶油田X 增壓站于2009 年11 月建成投運(yùn)，平均日處理液量1 030 m3，上游來液包括：SJ 增壓站220 m3/d（含水82 %）、SS 增壓站450 m3/d（含水46%）、W07 井組100 m3/d（含水47 %）、S46 井組60 m3/d（含水34 %）、S54 井組20 m3/d（含水92 %）以及SQ 轉(zhuǎn)油站180 m3/d（含水0.1 %）。

2013 年9 月，因結(jié)垢更換站內(nèi)管線。2013 年12月，總機(jī)關(guān)壓力上升、加熱爐效率降低、加熱爐進(jìn)出口壓差，對緩沖罐、加熱爐等管線拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)站內(nèi)管網(wǎng)再次結(jié)垢，平均結(jié)垢厚度達(dá)15 mm。

通過圖1 可以看出，X 增壓站原油集輸管線結(jié)垢嚴(yán)重部位在緩沖罐進(jìn)口處，而這個部位正是井組來液與上級增壓站來液的匯集處，可以初步判斷導(dǎo)致管線結(jié)垢的原因?yàn)閮商巵硪翰慌湮椤?/p>

1 X 增壓站垢型分析

依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SY/T 5516-2000 碳酸鹽巖化學(xué)分析方法》[1]對X 增壓站管線垢樣進(jìn)行分析。

圖1 X 增壓站工藝流程

XRD 測試結(jié)果為：X 增壓站管線垢樣中含鋇天青石（Ba，SrSO4）95 %，石膏（CaSO4·2H2O）5 %。

圖2 X 增壓站管線垢樣能譜分析圖

SEM 能譜測試結(jié)果為：X 增壓站管線垢樣中含Ba元素含量約為27 %，Sr 元素含量約10 %，且Ks（BaSO4）=1.1×10-10，Ks（SrSO4）=2.8×10-7。

綜合XRD 測試、SEM 能譜測試分析結(jié)果，判定X增壓站管線垢樣以BaSO4為主，含有少量的SrSO4、CaSO4垢。

2 X 增壓站水型分析

2.1 水型分析方法

依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SY/T 5523-2006 油田水分析方法》[2]對具有代表性的不同地點(diǎn)的水樣進(jìn)行分析，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表2）。

2.2 水型實(shí)驗(yàn)結(jié)論

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，現(xiàn)場水樣礦化度非常高，最低為64.19 g/L，最高達(dá)到124.99 g/L。現(xiàn)場水中Ba2+含量高，存在一定量的Ca2+及SO42-，不存在CO32-。

由表2 可知，SJ 增壓站（220 m3/d，含水82 %）Ba2+含量特別高，達(dá)到0.52 g/L，是硫酸鋇鍶垢成垢陽離子的主要來源，同時Ca2+含量特別高，達(dá)到7.47 g/L，是硫酸鈣垢成垢陽離子的主要來源；S54 井組（20 m3/d，含水92 %）SO42-含量高，達(dá)到5.13 g/L，是成垢陰離子的主要來源。SQ 轉(zhuǎn)油站來液含水只有0.1 %，對X 增壓站結(jié)垢影響很小，因此不做討論。

表1 X 增壓站管線垢樣能譜分析數(shù)據(jù)

表2 水型分析化驗(yàn)結(jié)果

3 X 增壓站結(jié)垢治理

針對X 增壓站原油集輸系統(tǒng)結(jié)垢嚴(yán)重的問題，結(jié)合垢型、水型分析結(jié)果，通過室內(nèi)阻垢效果評價，將CQ-ZG02 復(fù)合阻垢劑用于X 增壓站結(jié)垢治理。

3.1 CQ-ZG02 復(fù)合阻垢劑作用機(jī)理

CQ-ZG02 復(fù)合阻垢劑是一種無磷、非氮的“綠色”環(huán)保型多功能阻垢劑，主要成分為聚環(huán)氧琥珀酸鹽，其對水中的碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇有良好的阻垢分散性能，阻垢效果優(yōu)于常用有機(jī)膦類阻垢劑。

（1）螯合作用：阻垢劑中的部分活性基團(tuán)對成垢陽離子具有一定的螯合力，發(fā)生了螯合作用，所以加入阻垢劑后，可封鎖部分成垢陽離子，抑制其與陰離子的反應(yīng)，從而阻止結(jié)垢。

（2）低劑量效應(yīng)：指加入相對水中結(jié)垢成分的陽離子濃度低得多的阻垢劑，即可抑制大量成垢離子的結(jié)晶作用，所顯示出來的阻垢效果。這是因?yàn)樵谶^飽和溶液中，存在大量小于臨界半徑的小晶體垢，由于所加入的阻垢劑對小晶體中的晶核和晶體的活性點(diǎn)有特殊的吸附能力，并可通過物理或化學(xué)作用，吸附在上面，使界面能大大增加，界面能越高，晶體的臨界半徑越大，小晶體從水中析出就越困難，從而實(shí)現(xiàn)了宏觀的低劑量效應(yīng)。

（3）晶格畸變作用：晶體在生長時，首先在晶體的扭折位置生長晶格，而且扭折位置是晶體界面上最穩(wěn)定的位置。當(dāng)溶液為過飽和液時，微溶鹽分子到達(dá)扭折位置的幾率最大，因而晶體可正常地生長；而當(dāng)溶液中存在阻垢劑時，將吸附在晶體扭折位置，占據(jù)了晶體正常生長的晶格位置，抑制晶體有規(guī)律生長，從而大大破壞結(jié)晶的規(guī)整性，使晶格變形。由于發(fā)生畸變的晶體形狀很不規(guī)則，難以通過有序緊密排列形成堅(jiān)硬的垢塊。

3.2 現(xiàn)場治理方案

為了確定現(xiàn)場應(yīng)用時CQ-ZG02 復(fù)合阻垢劑的加藥濃度，在室內(nèi)采用絡(luò)合滴定法對CQ-ZG02 復(fù)合阻垢劑進(jìn)行CaCO3、CaSO4及BaSO4三種垢型阻垢效果評價，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖3）。

圖3 不同投加濃度下CQ-ZG02 的阻垢率

由圖3 可知，在加藥濃度為35 mg/L 時，CQ-ZG02復(fù)合阻垢劑對CaCO3、CaSO4、BaSO4的阻垢率均達(dá)到90 %以上；在加藥濃度為30 mg/L 時，CQ-ZG02 復(fù)合阻垢劑對CaCO3、CaSO4的阻垢率均達(dá)到96 %，對BaSO4的阻垢率也能達(dá)到84 %；若加藥濃度進(jìn)一步降低，則對BaSO4的阻垢率下降較為明顯，為求使用效果及成本最優(yōu)化，此次現(xiàn)場試驗(yàn)加藥濃度定為30 mg/L。

X 增壓站平均日處理液量1 030 m3，依據(jù)現(xiàn)場垢型及采出水水型分析結(jié)果，在SJ 增壓站每日投加CQZG02 復(fù)合阻垢劑30.9 kg，加藥方式為連續(xù)投加，可有效防止硫酸鋇、硫酸鍶及硫酸鈣垢的生成。同時，更換X 增壓站緩沖罐進(jìn)口端管線，作為試驗(yàn)效果觀測點(diǎn)。

4 試驗(yàn)效果及結(jié)論

圖4 CQ-ZG02 復(fù)合阻垢劑現(xiàn)場應(yīng)用效果

（1）經(jīng)過為期三個月的現(xiàn)場應(yīng)用后，技術(shù)人員對觀測點(diǎn)管線進(jìn)行拆卸，發(fā)現(xiàn)管線內(nèi)部沒有結(jié)垢，CQ-ZG02復(fù)合阻垢劑的現(xiàn)場阻垢效果明顯，X 增壓站結(jié)垢治理取得成功。

（2）長慶油田X 增壓站原油集輸管線結(jié)垢嚴(yán)重的原因?yàn)榫M來液與上級增壓站來液不配伍，從而導(dǎo)致產(chǎn)生大量BaSO4垢及少量的SrSO4、CaSO4垢。

（3）CQ-ZG02 復(fù)合阻垢劑是一種環(huán)保型多功能阻垢劑，在加藥濃度為30 mg/L 時，對CaCO3、CaSO4的阻垢率達(dá)到90 %以上；在加藥濃度為60 mg/L 時，對BaSO4、CaCO3、CaSO4的阻垢率均達(dá)到90 %以上。

［1］ 中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).SY/T 5516-2000 碳酸鹽巖化學(xué)分析方法［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2000.

［2］ 中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).SY/T 5523-2006 油田水分析方法［S］.北京：石油工業(yè)出版社，2006.