高凝油摻水管網(wǎng)阻垢工藝現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

柳佳辰（中國(guó)石油大學(xué)）

高凝油摻水管網(wǎng)阻垢工藝現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

柳佳辰（中國(guó)石油大學(xué)）

針對(duì)油田高凝油摻水管網(wǎng)系統(tǒng)特定水質(zhì)，分析了摻水系統(tǒng)污水的水質(zhì)特點(diǎn)和垢樣組成成分，明確其腐蝕結(jié)垢原因。通過(guò)開(kāi)展藥劑配方的篩選復(fù)配，篩選出了具有緩蝕、阻垢和乳化分散功能的高效阻垢劑，為驗(yàn)證其現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果，完成了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工藝設(shè)計(jì)和加藥裝置的制造安裝，開(kāi)展了油田摻水管網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)阻垢試驗(yàn)，設(shè)計(jì)了高凝油摻水管網(wǎng)緩蝕阻垢方案。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，減化了管道及加熱爐的結(jié)構(gòu)，降低摻水壓力1%左右，提高加熱爐熱效率5%以上。

高凝油摻水管網(wǎng)阻垢節(jié)能

遼河油田作為國(guó)內(nèi)最大的高凝油生產(chǎn)基地，油井地面集輸系統(tǒng)都采用雙管摻水伴熱，所摻熱水是將原油伴生的污水脫出軟化后再次利用。由于污水的性質(zhì)不同，一些污水雖然經(jīng)過(guò)一系列處理，但水質(zhì)仍然較差，其顯著的特點(diǎn)就是總堿度高，含有大量的鈣、鎂等易結(jié)垢離子和氯、硫酸根等易腐蝕離子；在溫度和壓力等條件變化下容易在管道內(nèi)壁析出結(jié)垢并產(chǎn)生垢下腐蝕，每年給油田摻水管網(wǎng)的管理帶來(lái)很大困難，浪費(fèi)了數(shù)百萬(wàn)立方米的天然氣，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

目前，成熟的水處理劑配方對(duì)通常條件下的結(jié)垢問(wèn)題雖有較好處理效果，而一旦應(yīng)用于高溫高壓條件下，阻垢劑就無(wú)法達(dá)到阻垢緩蝕控制目標(biāo)；因此，需開(kāi)展此方面研究，解決高凝油摻水管網(wǎng)的腐蝕結(jié)垢問(wèn)題。

1　結(jié)垢機(jī)理

針對(duì)油田油井地面摻水管網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)垢問(wèn)題，通過(guò)水質(zhì)和垢樣分析明確結(jié)垢原因，對(duì)垢樣進(jìn)行微觀形態(tài)分析揭示結(jié)垢機(jī)理并確定阻垢工藝技術(shù)。采取室內(nèi)靜態(tài)及動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，篩選復(fù)配適用于高凝油摻水管網(wǎng)系統(tǒng)的高效阻垢劑［1］。

以油田地面摻水管網(wǎng)為對(duì)象，采集現(xiàn)場(chǎng)摻水及管壁垢層，測(cè)量分析摻水中各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)：總殘?jiān)?、總?cè)芙夤腆w量、鈣硬度、總硬度、總堿度、總礦化度，以及石油類、SO42-、Cl-、溶解氧和CO2的含量。垢樣組成分析項(xiàng)目包括：含水率、氧化鈣含量、酸不溶物量、灼燒堿量、石油類和總鐵含量，利用電子掃描電鏡（SEM）和X射線衍射（XRD）觀察垢樣表面微觀形態(tài)和主要化學(xué)組成，明確結(jié)垢原因并根據(jù)結(jié)果選擇阻垢方法。通過(guò)對(duì)高凝油摻水管網(wǎng)的污水水質(zhì)和垢樣成分分析，確定了高凝油摻水管網(wǎng)結(jié)垢的主要類型是以碳酸鈣為主的鈣垢和以殘?jiān)鼮橹鞯挠唾|(zhì)污垢，SEM和XRD結(jié)果顯示垢層的生成方式為晶格增長(zhǎng)型（圖1）。

圖1　加藥前后垢樣SEM照片（放大倍數(shù)10000）

針對(duì)腐蝕結(jié)垢原因，篩選復(fù)配出具有阻垢、緩蝕和分散功能的阻垢劑，阻垢劑主要由聚磷酸鹽、鋅鹽、有機(jī)磷羧酸、有機(jī)膦酸和乳化分散劑組成。該阻垢劑阻垢效果好、鈣容忍度高、熱穩(wěn)定性優(yōu)良，并與油田水中化學(xué)物質(zhì)配伍性較好。動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，即使在95℃高溫下阻垢率和緩蝕率均能保持98%以上。

2　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)室完成了藥劑篩選及復(fù)配試驗(yàn)，對(duì)復(fù)配阻垢劑阻垢性能進(jìn)行評(píng)價(jià)后開(kāi)始進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)選址，并設(shè)計(jì)制造配套試驗(yàn)設(shè)備，調(diào)整現(xiàn)有管路，架設(shè)試驗(yàn)對(duì)照管線，完成了試驗(yàn)裝置的安裝及調(diào)試。

針對(duì)高凝油摻水的典型結(jié)垢，采用的阻垢工藝集投加阻垢劑與性能評(píng)價(jià)于一體，設(shè)置對(duì)照管線來(lái)測(cè)定阻垢率以真實(shí)地反映阻垢劑的應(yīng)用效果。利用自主設(shè)計(jì)制造的阻垢裝置在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了為期3個(gè)月的中試試驗(yàn)。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，投加阻垢藥劑后管線的結(jié)垢厚度不超過(guò)原來(lái)的35%，阻垢緩蝕率達(dá)到96%，中試結(jié)果驗(yàn)證了方案能夠阻止油田摻水管網(wǎng)結(jié)垢腐蝕的有效性。

可以在不改變?cè)袚剿芫€基礎(chǔ)上加裝該阻垢工藝，通過(guò)投加藥劑減少系統(tǒng)的結(jié)垢程度，延長(zhǎng)管線清洗周期，為生產(chǎn)管理提供有力的技術(shù)支持，進(jìn)而減少因結(jié)垢帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，保障生產(chǎn)正常運(yùn)行。

3　效果

管網(wǎng)及加熱爐的結(jié)垢速度不到原來(lái)的三分之一，降低管網(wǎng)壓力1%左右，加熱爐酸洗由每年1次可改為3年1次，管線酸洗由3年1次改為10年1次，平均加熱爐熱效率提高5%以上。平均每年節(jié)約酸洗費(fèi)13萬(wàn)元，減少更新管線費(fèi)用、加熱爐費(fèi)用10萬(wàn)元，年節(jié)約天然氣10.1×104m3，價(jià)值6.2萬(wàn)元，扣除加藥費(fèi)1.5萬(wàn)元，合計(jì)節(jié)約資金27.7萬(wàn)元。

4　結(jié)論

1）新型阻垢劑的研制使用，解決了一般阻垢劑在高溫環(huán)境中阻垢率低和易分解等缺點(diǎn)，適用于油田水高鈣、高含油以及含有多種聚合有機(jī)物的特點(diǎn)。

2）自主設(shè)計(jì)的阻垢裝置打破了傳統(tǒng)的掛片法或拆卸原油管線法，利用對(duì)照管線評(píng)價(jià)阻垢效果，不會(huì)對(duì)摻水系統(tǒng)造成破壞，集投加阻垢劑與阻垢效果評(píng)價(jià)于一體，使裝置占用空間小，作業(yè)效率更高。

3）新型阻垢工藝經(jīng)濟(jì)可行，能夠有效解決高凝油摻水管網(wǎng)的結(jié)垢問(wèn)題。

［1］齊冬子.敞開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的化學(xué)處理［M］.2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：16-18.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.002.005

2015-11-20）

柳佳辰，現(xiàn)就讀于中國(guó)石油大學(xué)（北京）（石油工程專業(yè)），E-mail：394133936@qq.com，地址：北京市昌平區(qū)府學(xué)路18號(hào)潤(rùn)杰公寓1號(hào)樓450室，102200。