地面集輸系統(tǒng)集中結(jié)垢裝置研制及應(yīng)用

岳潘東 李巖 楊虎（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司，陜西 西安 710018）

地面集輸系統(tǒng)集中結(jié)垢裝置研制及應(yīng)用

岳潘東 李巖 楊虎（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司，陜西 西安 710018）

本文主要通過(guò)系統(tǒng)調(diào)查白于山作業(yè)區(qū)集輸注水系統(tǒng)管線結(jié)垢情況，對(duì)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的水樣、垢樣進(jìn)行化學(xué)分析，研究其成垢機(jī)理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行誘導(dǎo)結(jié)垢材料篩選及工藝研究，并進(jìn)行集中誘導(dǎo)結(jié)垢裝置的研制。有效解決部分井組水型不配伍、近井地層及混輸系統(tǒng)結(jié)垢問(wèn)題，降低因結(jié)垢而因此的生產(chǎn)損失。

地面集輸誘導(dǎo)結(jié)垢；水質(zhì)；油田化學(xué)

1 水質(zhì)及垢樣成分分析

1.1 水質(zhì)分析

研究白于山作業(yè)區(qū)采出水結(jié)垢的根本原因，采集了白二增混合樣（長(zhǎng)4+5）、白一計(jì)混合樣（長(zhǎng)4+5）和XP20（延9），從以上分析結(jié)果看，XP20采出水屬于NaHCO3水型，白二增、白一計(jì)混合樣采出水屬于CaCl2型，水型不配伍，加之三組樣成垢離子的含量較高。

1.2 水體化學(xué)特征分析

從水樣分析結(jié)果來(lái)看，鈣含量很高，鋇、鍶離子亦少量存在，加上采出水中還含有大量SO42-、HCO3-等成垢陰離子，這就為地面集輸系統(tǒng)結(jié)垢提供了全部陰陽(yáng)離子來(lái)源。熱力學(xué)不穩(wěn)定的Ca（HCO3）2含量又高，在溫度、壓力或流速變化情況的地面集輸注水系統(tǒng)中結(jié)垢。

1.3 垢樣分析

垢物分析的目的是了解白于山作業(yè)區(qū)的結(jié)垢類型，為集中誘導(dǎo)結(jié)垢裝置的研制提供數(shù)據(jù)支撐。

（1）化學(xué)分析

對(duì)白一計(jì)、XP20管匯采垢，從垢樣分析結(jié)果表明，垢樣中的主要成分為碳酸鹽，含有少量硫酸鹽垢、硅酸鹽和鐵氧化合物。

垢樣分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

垢樣X(jué)P20井管白一計(jì)碳酸鹽（鈣、鎂、鋇、鍶）81.80% 15.66%硫化物1.20 % 3.30%硫酸鹽0.33% 13.60%氯化鈉0.24% 0.16%硅酸鹽9.84% 19.09 % Fe2O30.72% 44.57%結(jié)晶水6.20% 3.62%

（2）X-射線衍射分析

對(duì)常規(guī)垢物化學(xué)分析篩選出來(lái)的垢樣采用X-衍射方法進(jìn)行分析。由表可知，水系統(tǒng)所結(jié)垢物主要是碳酸鹽垢，少量含有硫酸鋇、硫酸鍶和硫酸鈣。

X-射線衍射分析結(jié)果

垢樣垢樣①號(hào)碳酸鈣鎂80.0%氧化鐵8.5%硫酸鋇1.0%采樣點(diǎn)XP20井管垢

2 集中誘導(dǎo)結(jié)垢裝置研制

2.1 集中誘導(dǎo)結(jié)垢裝置應(yīng)用參數(shù)設(shè)計(jì)

（1）溫度，加溫需要耗費(fèi)大量的電能，增加了設(shè)備使用成本，維護(hù)困難，因此，集中誘導(dǎo)結(jié)垢裝置不采用加熱升溫的方式。

（2）壓力，集中誘導(dǎo)結(jié)垢裝置使用時(shí)串聯(lián)與集輸系統(tǒng)中，使用壓力與集輸系統(tǒng)的內(nèi)部壓力相同。

（3）流速。根據(jù)資料，液體流速對(duì)垢的形成主要有兩方面的作用，一是促進(jìn)晶核在材料表面的吸附，二是對(duì)正在長(zhǎng)大的晶體的沖刷作用，考慮流速與吸附，液體流速為1m/s時(shí)兩個(gè)作用達(dá)到平衡，晶體長(zhǎng)大速度最大。據(jù)此，確定集中誘導(dǎo)結(jié)垢裝置設(shè)計(jì)流速為1m/s。

2.2 集中誘導(dǎo)結(jié)垢裝置結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)

（1）外形結(jié)構(gòu)

集中誘導(dǎo)結(jié)垢裝置應(yīng)用環(huán)境為油田采出液輸送系統(tǒng)，系統(tǒng)壓力0.6pa，外形選擇圓筒形。

（2）內(nèi)部填料形狀

壓力變化對(duì)結(jié)垢過(guò)程有促進(jìn)作用；現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的情況也表明，在管道轉(zhuǎn)向及其它可以產(chǎn)生湍流、渦流的部位往往結(jié)垢嚴(yán)重，原因是在這些部位由于湍流和渦流的存在局部壓力產(chǎn)生了變化。集中誘導(dǎo)結(jié)垢裝置內(nèi)部填料采用波浪板的形式，通過(guò)FLUENT仿真模擬技術(shù)對(duì)波浪板在流體通過(guò)時(shí)的壓力場(chǎng)的模擬分析，發(fā)現(xiàn)通過(guò)將填料板做成波浪狀，流體通過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生人工渦流，流場(chǎng)壓力會(huì)產(chǎn)生起伏變化，這就為誘導(dǎo)結(jié)垢提供了除材料外的另一個(gè)有利條件。

2.3 誘導(dǎo)材料的選擇

可誘導(dǎo)成垢因子附著并結(jié)垢的材料因素主要有材料的表面能和材料的粗糙度。經(jīng)綜合考慮，決定采用聚乙烯和不銹鋼兩種材料作為誘導(dǎo)結(jié)垢材料。主要原因是聚乙烯材料表面能較高，且其板材具有一定的強(qiáng)度和硬度，不易被采出液腐蝕，使用壽命長(zhǎng)，可反復(fù)使用，既可產(chǎn)生誘導(dǎo)結(jié)垢的效果，又方便人工除垢；不銹鋼表面能比聚乙烯材料小，但強(qiáng)度高，與聚乙烯材料混合排列可防止聚乙烯材料由于變形而失效，而且通過(guò)對(duì)不銹鋼材料表面的粗糙化處理，也可達(dá)到誘導(dǎo)結(jié)垢的目的。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

集中誘導(dǎo)結(jié)垢裝置2012年7月安裝位置白一計(jì)，投運(yùn)2年，誘導(dǎo)結(jié)垢效果良好，使用后管線沒(méi)有發(fā)生明顯結(jié)垢現(xiàn)象，集輸注水系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)。

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