元十七增站內(nèi)集輸管線結(jié)垢治理效果分析

譚旭，王加一，黃純金，楊耀春，吳冬旭

（中國石油長慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽745600）

元十七增站內(nèi)集輸管線結(jié)垢治理效果分析

譚旭，王加一，黃純金，楊耀春，吳冬旭

（中國石油長慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽745600）

隨著區(qū)塊綜合含水的上升，元十七增站內(nèi)集輸管線結(jié)垢現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了站內(nèi)集輸?shù)恼＿\(yùn)行；通過對結(jié)垢機(jī)理的分析，確立實(shí)施了一系列的結(jié)垢治理措施，在整個結(jié)垢治理的過程中不同方式的治理措施的現(xiàn)場應(yīng)用效果差異較大，通過對應(yīng)用的五種防除垢治理措施現(xiàn)場應(yīng)用效果的對比和站內(nèi)集輸管線各節(jié)點(diǎn)結(jié)垢情況的分析，為后期管線結(jié)垢治理選擇經(jīng)濟(jì)有效的除垢方式提出合理建議，真正做到管線結(jié)垢得以有效治理，從而確保站內(nèi)集輸正常運(yùn)行。

結(jié)垢治理；對比；建議

元十七增壓站是一座集單井來油計量、油氣分離、原油存儲加溫加壓外輸為一體的綜合性增壓站。該站于2012年10月底建成投運(yùn)，投運(yùn)初期日產(chǎn)液109.94 m3，日產(chǎn)油69.09 t，綜合含水25.2%，站內(nèi)各項(xiàng)集輸參數(shù)運(yùn)行正常，其中總機(jī)關(guān)壓力為0.15 MPa。隨著區(qū)塊開發(fā)時間的延伸，區(qū)塊綜合含水逐漸上升，至2013年3月，日產(chǎn)液98.36 m3，日產(chǎn)油43.04 t，綜合含水47.9%，總機(jī)關(guān)壓力上升至0.3 MPa，超出系統(tǒng)設(shè)計壓力；運(yùn)行至2013年5月，總機(jī)關(guān)壓力突升至0.5 MPa，站內(nèi)收球率明顯下降，所有投球管線開始長期收不到球，在對收球筒拆卸清理時發(fā)現(xiàn)管線內(nèi)壁結(jié)垢嚴(yán)重，管壁結(jié)垢厚達(dá)3 cm左右，為保證站內(nèi)集輸運(yùn)行正常，隨后采取了多種手段進(jìn)行不間斷的站內(nèi)集輸管線結(jié)垢治理。在對站內(nèi)集輸流程各節(jié)點(diǎn)管線進(jìn)行歷次除垢作業(yè)時發(fā)現(xiàn)，總機(jī)關(guān)混進(jìn)匯管-收球筒進(jìn)口段流程結(jié)垢最為嚴(yán)重，是引起站內(nèi)系統(tǒng)壓力上升的主要原因，并且該處管線結(jié)垢周期較短，其他節(jié)點(diǎn)處結(jié)垢情況輕緩，以下將站內(nèi)各節(jié)點(diǎn)管線結(jié)垢情況列于（見表1）。

表1　站內(nèi)各節(jié)點(diǎn)管線結(jié)垢情況對比表

1　結(jié)垢原因機(jī)理分析

1.1結(jié)垢機(jī)理研究

1.1.1垢樣化學(xué)成分分析2014年4月將元十七增總機(jī)關(guān)垢樣送外進(jìn)行化驗(yàn)分析，根據(jù)SY/T5516-2000《碳酸鹽巖石化學(xué)分析方法》對元十七增總機(jī)關(guān)垢樣進(jìn)行分析，XRD測試結(jié)果為：鋇天青石（Ba，SrSO4）-95%，石膏（CaSO4·2H2O）-5%；SEM能譜測試結(jié)果為：Ba元素含量約27%，Sr元素含量約10%，且Ks（BaSO4）= 1.1×10-10，Ks（SrSO4）=2.8×10-7，綜合判定該垢樣以BaSO4為主，少量的SrSO4垢。

1.1.2結(jié)垢形成過程分析由于元286區(qū)開發(fā)層系長8儲層自身含有Ba、Sr離子，該區(qū)塊注水井注入水水型為Na2SO4，富含SO42-，元286區(qū)投產(chǎn)初期由于配套注水井注水強(qiáng)度過大，導(dǎo)致部分油井注入水后含水上升。各井組的來液通過井組管線最終匯集至總機(jī)關(guān)的混進(jìn)匯管，此時由于來液中的Ba、Sr離子和SO42-含量較高，達(dá)到了其生成BaSO4、SrSO4的濃度條件，隨著時間的延長，生成的鋇鍶垢不斷地在管線內(nèi)壁附著，管線內(nèi)徑逐漸變小，加之總機(jī)關(guān)混進(jìn)匯管至收球筒進(jìn)口段存在變徑（由大變?。?，致使清蠟球通過受阻，最終總機(jī)關(guān)壓力上升。

2　管線結(jié)垢治理歷程及效果

2.1管線結(jié)垢治理歷程

從2013年4月針對管線結(jié)垢現(xiàn)狀實(shí)施了一系列的管線結(jié)垢治理措施，其中應(yīng)用到的治理措施包括：CPRS地面系統(tǒng)防垢裝置、高壓射流除垢、超聲波脈沖防垢除垢裝置、站內(nèi)投加阻垢劑以及人工物理除垢等五種治理手段。以下是元十七增站內(nèi)集輸管線結(jié)垢治理歷程示意圖（見圖1）。

圖1　元十七增站內(nèi)集輸管線結(jié)垢治理歷程示意圖

2.2五種防除垢治理方式應(yīng)用情況

2.2.1CPRA地面系統(tǒng)防垢裝置元十七增站內(nèi)安裝的CPRA地面系統(tǒng)防垢裝置規(guī)格為“3×4”變徑直管式防垢器，工作壓力等級為0～2.5 MPa，內(nèi)置芯片為6片。該裝置中所配置的芯片為一種特殊合金材料，其成分包括銅、鋅、鎳等，其工作原理則是這種特殊材料當(dāng)與流體接觸時能起到一種特殊的催化體作用；多種金屬合金材料作為一種特殊催化體，可以使所接觸流體的靜電位發(fā)生改變，從而使流體中各種物質(zhì)分子之間結(jié)合力場發(fā)生改變；使固相顆粒處于懸浮分散狀態(tài)，抑制蠟、垢腐蝕的形成。

2013年4月中旬，CPRS地面系統(tǒng)防垢裝置作為第一種結(jié)垢治理手段開始應(yīng)用，安裝部位為收球筒出口端管線上，安裝初期總機(jī)關(guān)壓力為0.4 MPa，安裝運(yùn)行近20 d后，管線結(jié)垢趨勢未得以緩解，總機(jī)關(guān)壓力繼續(xù)上升，在對CPRS地面系統(tǒng)防垢裝置芯片清洗時發(fā)現(xiàn)內(nèi)置芯片表面結(jié)垢嚴(yán)重，芯片慮孔大部分被堵實(shí)，經(jīng)清潔處理后將芯片數(shù)量減少至3片，裝置再次安裝運(yùn)行近40 d左右后總機(jī)關(guān)壓力繼續(xù)上升至0.6 MPa。在后期管線除垢清理的過程中發(fā)現(xiàn)除垢裝置前端管線結(jié)垢程度普遍比后端管線嚴(yán)重，結(jié)合后期站內(nèi)集輸系統(tǒng)運(yùn)行情況來看，該裝置的防除垢作用效果不理想，只對后端短距離管線段起作用，對前端管線無效果，未能起到延長站內(nèi)管線除垢周期的效果。

2.2.2高壓射流物理除垢高壓射流物理除垢的原理是用高壓泵打出高壓水，并使其經(jīng)管子到達(dá)噴嘴再把高壓低流速的水轉(zhuǎn)換為低壓高流速的射流，然后射流以其很高的沖擊動能，連續(xù)不斷地作用在被清洗表面，從而使垢物脫落，達(dá)到清洗目的。整個作業(yè)過程運(yùn)用設(shè)備主要有清蠟熱洗車（提供高壓柱塞泵和動力部分）、噴嘴、高壓軟管、配水罐車等。按照現(xiàn)場作業(yè)施工的要求工作壓力控制在20 MPa～25 MPa左右。高壓射流物理除垢是用普通清水于高速度下的沖刷清洗，所以具有不污染環(huán)境，不腐蝕設(shè)備，清洗效率高，并且操作簡單的優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)在于高壓施工作業(yè)安全風(fēng)險較大，對設(shè)備的承壓性能要求高，此外作業(yè)施工費(fèi)用較高。

2.2.3超聲波脈沖防垢除垢裝置超聲波脈沖防垢除垢裝置的防垢、除垢機(jī)理屬于純物理特性，既將超音頻脈沖電信號功率放大后經(jīng)磁致轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的超音頻脈沖機(jī)械振動，并有效的傳輸?shù)浇Y(jié)垢的部位，使之分散、粉碎、松散、松脫而不易附著管壁形成積垢，從而達(dá)到防垢、除垢的目的。防垢、除垢設(shè)備由超音頻脈沖信號源、功率放大器、磁致轉(zhuǎn)換器、直流工作電源四大部分組成。

鑒于CPRS地面系統(tǒng)防垢裝置應(yīng)用效果不理想，外雇專業(yè)化隊(duì)伍進(jìn)行高壓射流物理除垢周期短，費(fèi)用高的問題，為進(jìn)一步加強(qiáng)管線結(jié)垢治理，于2013年10月底引進(jìn)超聲波脈沖防垢除垢裝置，在1#、2#加熱爐進(jìn)出口及緩沖罐進(jìn)出口等部位總共安裝了5臺超聲波脈沖防垢除垢裝置，對管線進(jìn)行實(shí)時防除垢，緩解站內(nèi)系統(tǒng)壓力上升的趨勢。但通過安裝應(yīng)用的效果來看，超聲波脈沖防垢除垢裝置對管線清防垢作用效果不明顯，安裝初期總機(jī)關(guān)壓力0.3 MPa，至2013年11月底，總機(jī)關(guān)壓力再次上漲至0.4 MPa～0.5 MPa，站內(nèi)管線后期的除垢周期依然未見延長。至2014年7月，站內(nèi)2具加熱爐一次加熱進(jìn)口出現(xiàn)壓力不一致及1號加熱爐出口油溫低現(xiàn)象，后經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)加熱爐盤管結(jié)垢嚴(yán)重，2號加熱爐一次加熱進(jìn)口管線結(jié)垢嚴(yán)重，完全堵實(shí)；1號加熱爐一次加熱進(jìn)口管線同樣結(jié)垢嚴(yán)重，但未堵實(shí)。后將2具加熱爐一次加熱進(jìn)出口端管線及加熱爐盤管更換后恢復(fù)正常集輸及加熱工作。

2.2.4站內(nèi)投加阻垢劑考慮到物理除垢方式對元十七增站內(nèi)管線防除垢效果維持周期較短，大部分只能起到了短階段緩解作用的原因，于2014年5月28日開始對元十七增實(shí)行站內(nèi)投加阻垢劑，初期阻垢劑型號為CQ-ZG01，投加濃度為70 mg/L，初期投加點(diǎn)為總機(jī)關(guān)混進(jìn)匯管出口端，應(yīng)用過程中效果不明顯，至7月底更換新型阻垢劑CQ-ZG02，運(yùn)行為期半個月左右后，總機(jī)關(guān)壓力依然出現(xiàn)上升趨勢。至8月上旬，總機(jī)關(guān)壓力突升至0.5 MPa，后經(jīng)對收球筒清垢處理后回壓有所下降。考慮到在總機(jī)關(guān)混進(jìn)匯管出口端投加阻垢劑對整個總機(jī)關(guān)混進(jìn)匯管除垢效果不理想，于是在8月下旬將阻垢劑投加點(diǎn)改至總機(jī)關(guān)最前端，以便阻垢劑能流經(jīng)整個總機(jī)關(guān)混進(jìn)匯管。但從后期運(yùn)行情況來看，阻垢劑的防除垢效果不明顯，總機(jī)關(guān)壓力從7月25日經(jīng)高壓射流物理除垢作業(yè)完初期的0.2 MPa經(jīng)過1月后再次回升至0.4 MPa，管線結(jié)垢周期仍然為30 d左右。

表2　五種防除垢治理方式應(yīng)用效果跟蹤對比表

2.2.5人工物理除垢鑒于前期應(yīng)用到的CPRA地面系統(tǒng)防垢裝置、超聲波脈沖防垢除垢裝置、站內(nèi)投加阻垢劑等防除垢方式效果不明顯；同時由于總機(jī)關(guān)混進(jìn)匯管出口-收球筒進(jìn)口段管線與總機(jī)關(guān)混進(jìn)匯管為一體連接，兩端存在彎頭導(dǎo)致高壓射流物理除垢作業(yè)不方便、清理不徹底、除垢周期較短、作業(yè)費(fèi)用高等因素；為保證站內(nèi)集輸系統(tǒng)正常運(yùn)行，對總機(jī)關(guān)混進(jìn)匯管出口-收球筒進(jìn)口段流程進(jìn)行改造，將總機(jī)關(guān)混進(jìn)匯管出口段彎頭處管線改為法蘭連接，方便拆卸該段管線進(jìn)行人工物理除垢清理作業(yè)。2014年11月10日，將流程改造后將管線拆卸下來進(jìn)行人工物理除垢作業(yè)時發(fā)現(xiàn)管線結(jié)垢嚴(yán)重，垢層厚達(dá)3 cm以上，管線內(nèi)清蠟球堵實(shí)，在不足2 m長的管線里總共清理出清蠟球46個。管線清潔后總機(jī)關(guān)壓力降至0.2 MPa，至2014年12月8日，總機(jī)關(guān)壓力依然保持在0.2 MPa，且對總機(jī)關(guān)混進(jìn)匯管出口-收球筒進(jìn)口段管線清理核實(shí)時發(fā)現(xiàn)內(nèi)壁只是輕微結(jié)垢。通過近30 d的運(yùn)行來看，此次人工物理除垢的效果較為顯著。

2.3五種防除垢治理方式應(yīng)用效果對比

通過對以上五種不同的除垢方式防除垢原理的了解以及實(shí)際應(yīng)用效果的分析來看，不同方式的防除垢治理手段在元十七增管線結(jié)垢治理方面的應(yīng)用效果差異較大，現(xiàn)將五種不同的防除垢治理方式的應(yīng)用情況及效果列于（見表2）。

從表2中可以看出，以上五種防除垢治理方式中，CPRA地面系統(tǒng)防垢裝置、超聲波脈沖防垢除垢裝置和站內(nèi)投加阻垢劑發(fā)揮的防除垢作用甚微，這三種防除垢方式的應(yīng)用并未對站內(nèi)管線結(jié)垢最嚴(yán)重的節(jié)點(diǎn)部位起到很好的防除垢作用，管線除垢周期也并未延長。高壓射流物理除垢和人工物理除垢方式在管線除垢方面則能起到立竿見影的效果，對清理到的部位除垢較為徹底，歷次除垢作業(yè)完都能使總機(jī)關(guān)壓力得以明顯的下降；但高壓射流物理除垢方式由于受空間限制的原因?qū)τ趲濐^的直立管線及掩埋地下管線無法實(shí)施徹底除垢作業(yè)，導(dǎo)致除垢作業(yè)存在盲區(qū)，因此歷次除垢作業(yè)后效果僅能維持30 d左右。而人工物理除垢方式則能對結(jié)垢最嚴(yán)重的總機(jī)關(guān)混進(jìn)匯管出口-收球筒進(jìn)口段的直立管線起到方便有效的除垢清理，彌補(bǔ)了高壓射流物理除垢作業(yè)存在的缺陷，同時人工物理除垢方式具有除垢成本低，有效延長除垢周期的作用。

3　結(jié)論

（1）通過對元十七增站內(nèi)集輸管線結(jié)垢治理實(shí)施效果的分析來看，站內(nèi)集輸管線結(jié)垢速度快，且總機(jī)關(guān)混進(jìn)匯管-收球筒進(jìn)口段管線結(jié)垢最為嚴(yán)重。

（2）CPRA地面系統(tǒng)防垢裝置、超聲波脈沖防垢除垢裝置和站內(nèi)投加阻垢劑等三種方式的防除垢效果不明顯；而高壓射流物理除垢和人工物理除垢這兩種方式則能起到立竿見影的效果，清垢較為徹底，但高壓射流物理除垢具有作業(yè)費(fèi)用高且作業(yè)存在盲區(qū)的缺點(diǎn)。

（3）對于后期的站內(nèi)集輸管線結(jié)垢治理，建議將高壓射流物理除垢與人工物理除垢兩種方式有效結(jié)合應(yīng)用，對總機(jī)關(guān)混進(jìn)匯管-收球筒進(jìn)口段管線要進(jìn)行為期一月一次的人工物理除垢清理；同時加強(qiáng)站內(nèi)各節(jié)點(diǎn)集輸壓力的監(jiān)控，盡量延長高壓射流物理除垢作業(yè)的周期。

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10.3969/j.issn.1673-5285.2015.06.029

TE358.5

B

1673-5285（2015）06-0106-04

2015－04-20