污水集輸管網(wǎng)結(jié)垢因素分析與防垢措施

馬繼良

摘 要：油田經(jīng)開采開發(fā)，采出液綜合含水體積分?jǐn)?shù)上升，油田開發(fā)初期配套的集輸系統(tǒng)已遠(yuǎn)不能適應(yīng)目前的開發(fā)需要。調(diào)查數(shù)據(jù)分析表明，今后將有相當(dāng)數(shù)量的加熱爐、容器、各類機(jī)泵的使用年限過長(zhǎng)，維護(hù)和改造的工作量將逐年增加；在役管道的腐蝕結(jié)垢情況比較嚴(yán)重，穿孔和漏油事故頻繁發(fā)生，待維護(hù)和更換的工程量逐年增加；很多集輸設(shè)備都是依據(jù)當(dāng)時(shí)的情況配置，腐蝕、結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)維修改造周期短，造成大量集輸設(shè)備利用率和使用效率不高。油田自開發(fā)以來，修復(fù)改造了各類腐蝕結(jié)垢集輸管道，主要原因之一就是來自不同油井、計(jì)量站和聯(lián)合站的高含水原油中成垢離子含量不同，水型各異，混輸后不配伍，產(chǎn)生了嚴(yán)重的管道結(jié)垢堵塞。

關(guān)鍵詞：油田；集輸系統(tǒng)；結(jié)垢；配套技術(shù)

油田集輸系統(tǒng)結(jié)垢在油田開發(fā)過程中是一個(gè)普遍存在的問題。本文對(duì)油田集輸系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢的機(jī)理和原因進(jìn)行了分析。油田地層水礦化度高和成垢離子含量高為結(jié)垢的產(chǎn)生提供重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，是集輸系統(tǒng)產(chǎn)生難溶結(jié)垢的主要原因，對(duì)此提出了一系列防治集輸系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢的綜合配套技術(shù)措施，可以有效地延長(zhǎng)集輸系統(tǒng)的使用壽命，提高油田綜合效益。

一般情況下，集輸系統(tǒng)結(jié)垢可分為三個(gè)階段：垢的析出、垢的長(zhǎng)大和垢的沉積。集輸系統(tǒng)管線、設(shè)備表面凹凸不平，是微觀的毛糙面，垢離子會(huì)吸附在壁面，以其為結(jié)晶中心，不斷長(zhǎng)大，逐漸成為堅(jiān)實(shí)致密的垢。在油田水中，水垢的形成過程往往是一個(gè)混合結(jié)晶的過程，水中的懸浮粒子可以成為晶種，粗糙的表面或其他雜質(zhì)離子都會(huì)起到強(qiáng)烈的催化結(jié)晶作用，使得溶液在較低的飽和度下就會(huì)析出結(jié)晶。

1腐蝕結(jié)垢機(jī)理分析

垢物一般都是具有低溶解度的難溶或微溶鹽類，它們具有固定晶格，單質(zhì)垢物致密且堅(jiān)硬。垢物的生成主要決定于鹽類是否過飽和以及鹽類結(jié)晶的生長(zhǎng)過程。兩種化學(xué)性質(zhì)不相溶的液體混合，因?yàn)楹胁煌N類離子或不同質(zhì)量濃度的離子，就會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定的且易于沉淀的物質(zhì)。在集輸系統(tǒng)中，垢物的形成過程往往是一個(gè)混合結(jié)晶的過程，原油中含有大量的水，水中的懸浮粒子可以成為晶種，粗糙的表面或其它雜質(zhì)粒子都能強(qiáng)烈地催化其結(jié)晶過程，使得溶液在較低的飽和度下就會(huì)析出結(jié)晶。

2腐蝕結(jié)垢原因分析

從近年來集輸系統(tǒng)維修及更新過程中發(fā)現(xiàn)的情況分析，含油污水高礦化度、高含砂量、富含成垢離子、異型水混輸、輸液介質(zhì)及壓力溫度變化等多種因素是造成集輸系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢嚴(yán)重，使用壽命縮短的主要原因。

2.1污水礦化度高導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕嚴(yán)重

采出液中含油污水不僅礦化度高，成垢離子質(zhì)量濃度高和pH值低，而且含有二氧化碳以及硫酸鹽還原菌等。這些因素使污水介質(zhì)成為了腐蝕性極強(qiáng)的介質(zhì)，使得輸液介質(zhì)電導(dǎo)率高，電化學(xué)腐蝕嚴(yán)重，特別是在設(shè)備焊接部位，因材質(zhì)不均勻形成原電池，造成陽(yáng)極區(qū)金屬溶解，導(dǎo)致設(shè)備焊接部位穿孔頻率較高。

2.2采出液中的砂造成磨損和腐蝕嚴(yán)重

很多油藏地層膠結(jié)疏松，出砂量大，采出液中綜合水的體積分?jǐn)?shù)高，因而攜砂能力降低。在集輸過程中，采出液與集輸系統(tǒng)內(nèi)表面摩擦磨損，磨損使集輸系統(tǒng)內(nèi)表面產(chǎn)生熱能，從而使集輸系統(tǒng)表面鐵分子活化，而采出液含有大量高礦化度的水，具有強(qiáng)腐蝕性，使磨損處優(yōu)先被腐蝕。

2.3磨損腐蝕結(jié)垢三者協(xié)同作用

集輸系統(tǒng)中的腐蝕產(chǎn)物導(dǎo)致管材表面粗糙度增大，易于沉淀物附著。因此，腐蝕的影響也是結(jié)垢的重要原因。由于磨損使集輸系統(tǒng)內(nèi)表面變得更粗糙，從而加速腐蝕，而粗糙的表面吸附結(jié)垢更為嚴(yán)重。磨損、腐蝕和結(jié)垢并非簡(jiǎn)單的疊加，而是相互作用，相互促進(jìn)，三者結(jié)合具有更大的破壞性。

2.4成垢離子的濃度

水中成垢離子含量越高，形成垢的可能性就越大。對(duì)某一特定的垢，當(dāng)成垢離子的濃度超過了它在一定溫度和pH值下的可溶性界限時(shí)，垢就沉積下來。當(dāng)不同水源的兩種水混合或所處的系統(tǒng)條件改變時(shí)，成垢離子濃度發(fā)生變化，趨于達(dá)到一種新的平衡，于是就產(chǎn)生結(jié)垢。

2.5異型水水質(zhì)不配伍混輸時(shí)結(jié)垢

含油污水水質(zhì)差異較大，當(dāng)污水性質(zhì)發(fā)生改變，現(xiàn)有的污水處理藥劑對(duì)系統(tǒng)水質(zhì)的適應(yīng)性變差，特別是當(dāng)殺菌劑的效果不明顯時(shí)，水質(zhì)不配伍將導(dǎo)致結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重。

2.6輸送介質(zhì)及條件變化促使結(jié)垢

輸送介質(zhì)中的二氧化碳引起的電化學(xué)腐蝕主要與溫度和二氧化碳分壓有關(guān)。隨著溫度升高，腐蝕速率先升高后降低，在80℃左右時(shí)腐蝕速率最大。隨著分壓升高，腐蝕速率也增大，分壓較低時(shí)，基本表現(xiàn)為均勻腐蝕，沒有出現(xiàn)較大的蝕坑。分壓較高時(shí)，腐蝕形貌趨向于局部腐蝕和“醉狀”腐蝕，促使結(jié)垢。

2.7潤(rùn)濕與粘附

在油田生產(chǎn)過程中使用不同材質(zhì)，其內(nèi)表面有不同的潤(rùn)濕物性。如用塑料內(nèi)襯，表面潤(rùn)濕角大于90℃，而裸鋼表面潤(rùn)濕角小于90℃，這對(duì)于晶核的形成和在材質(zhì)表面的粘附作用是十分重要的。潤(rùn)濕角越小，成核所需能量越小，晶核形成越容易，則結(jié)垢趨勢(shì)就越大。事實(shí)上，內(nèi)襯光滑油管壁上結(jié)垢程度減弱。

3腐蝕結(jié)垢的防治

根據(jù)“防治結(jié)合”的原則，對(duì)腐蝕結(jié)垢的集輸系統(tǒng)實(shí)施綜合配套的防治措施較為有利。針對(duì)油田集輸系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢現(xiàn)狀，可以從以下幾個(gè)方面著手進(jìn)行工藝改進(jìn)：（1）盡量降低集輸管線的輸送壓力和定期清管。采出液在聯(lián)合站脫出游離水，脫出的游離水用沉降過濾、加藥處理和回注等方式進(jìn)行再利用，合理調(diào)度管線的輸送運(yùn)行，降低流程壓力，定期對(duì)管道進(jìn)行清洗除垢，能有效地防止和控制腐蝕結(jié)垢產(chǎn)生。（2）實(shí)行異水型水分開輸送。將采出液經(jīng)過濾分離處理、再對(duì)異水型水分開輸送。在集輸過程中，避免異型水混輸，這樣可以避免由于混輸造成不同水型水質(zhì)配伍性差而結(jié)垢的問題。對(duì)油田聯(lián)合站進(jìn)行工藝改造，將以前的異型水混輸工藝改為異型水分開輸送工藝，取得了較好的效果。（3）采用非金屬管道替代普通鋼管道。針對(duì)采出液中含油污水礦化度高、電導(dǎo)率高和電化學(xué)腐蝕嚴(yán)重的現(xiàn)狀，將普通鋼管道更換為非金屬管道，防止電化學(xué)腐蝕結(jié)垢。（4）集輸系統(tǒng)設(shè)備的內(nèi)腐蝕處理。通過相應(yīng)的工藝處理，在集輸系統(tǒng)設(shè)備及管線內(nèi)表面涂敷內(nèi)防保護(hù)膜，可以將金屬與腐蝕介質(zhì)隔開，從而達(dá)到抑制腐蝕的目的。使用的涂層主要有金屬涂層和非金屬涂層，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際合理運(yùn)用。（5）酸洗清垢。對(duì)已經(jīng)存在腐蝕結(jié)垢的集輸系統(tǒng)進(jìn)行酸洗，清洗液選擇多元酸和復(fù)合酸等弱酸，現(xiàn)場(chǎng)清洗劑進(jìn)人集輸系統(tǒng)后反應(yīng)，使垢物反應(yīng)離解為疏松細(xì)粉狀沉淀，再?zèng)_洗完成清垢。（6）緩蝕阻垢劑的應(yīng)用。防垢劑是通過反應(yīng)加絡(luò)合機(jī)理和吸附機(jī)理產(chǎn)生其防垢作用的。反應(yīng)加絡(luò)合機(jī)理使緩蝕阻垢劑在水中離解后產(chǎn)生的陰離子與成垢金屬陽(yáng)離子生成穩(wěn)定的絡(luò)合物，其實(shí)質(zhì)是增大鹽垢的溶解量。就目前狀況而言，腐蝕和結(jié)垢在整個(gè)集輸系統(tǒng)中普遍存在。對(duì)腐蝕和結(jié)垢的控制，要從加劑點(diǎn)、加劑質(zhì)量濃度、緩蝕阻垢劑類型、加劑方式等各個(gè)方面進(jìn)行研究和試驗(yàn)，最終確定比較符合實(shí)際的工藝。

4結(jié)論

采取盡量降低管線輸送壓力、異型水分開輸送、非金屬管道替代普通鋼管道、集輸設(shè)備、管線內(nèi)防腐蝕處理、酸洗清垢和化學(xué)藥劑防垢等綜合配套技術(shù)措施是防治集輸系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢的有效方法。通過對(duì)集輸系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢的現(xiàn)狀調(diào)查分析及采取相應(yīng)的措施之后，集輸系統(tǒng)維護(hù)和改造作業(yè)頻率明顯下降，有效地延長(zhǎng)了集輸系統(tǒng)的使用壽命，提高了油田綜合效益。

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