油田管道結(jié)垢的成因及除防垢技術(shù)

周佳旭（哈爾濱石油學(xué)院石油工程系2014級(jí)2班，黑龍江哈爾濱150027）

油田管道結(jié)垢的成因及除防垢技術(shù)

周佳旭（哈爾濱石油學(xué)院石油工程系2014級(jí)2班，黑龍江哈爾濱150027）

油田開(kāi)發(fā)中結(jié)垢現(xiàn)象影響著油井正常生產(chǎn)、增加地面能耗和抽油桿的負(fù)荷，為此針對(duì)油田注水開(kāi)發(fā)結(jié)垢的成因，提出了除垢解垢的措施。

結(jié)垢；成因；防垢

目前，我國(guó)油田大部分已進(jìn)入開(kāi)采的中后期，注水開(kāi)發(fā)工藝由于注入壓力的不斷升高，地層水隨著原油被采出，使得水含量的不斷攀升，致使油田系統(tǒng)的結(jié)垢問(wèn)題日趨嚴(yán)重。由于注水開(kāi)發(fā)始終伴隨著結(jié)垢問(wèn)題，因此結(jié)垢是油田注水開(kāi)發(fā)堵塞的主要原因之一，也對(duì)采油管線和集輸管線造成一定的損害[1]。如何解決油田開(kāi)發(fā)的結(jié)垢問(wèn)題，已經(jīng)成為目前需要解決的一個(gè)極其重要的問(wèn)題。

1 結(jié)垢的成因及危害

1.1 不配伍性引起的結(jié)垢

我國(guó)油田大部分普遍都采用多層位混合開(kāi)采、多層位產(chǎn)出液混輸?shù)脑图斕幚矸绞?，由于不同層位的原油進(jìn)行混合集輸、注入水與地層水的不配伍性以及多層位混合開(kāi)采、多層產(chǎn)出液集輸?shù)奶幚矸绞?，致使注入水與地層水中所含的成垢離子如Ca2+、Mg2+、Ba2+、CO32-、SO42-等相遇而產(chǎn)生的沉淀結(jié)垢，而且結(jié)垢的類型較多，不利于油田正常生產(chǎn)。若有HCO3-、CO32-、SO42-等陰離子的存在，就有可能形成一系列沉淀物，此為油田結(jié)垢的內(nèi)在因素[2]。目前垢物約百余種，但油田中最常見(jiàn)的主要是碳酸鈣（鎂）垢、硫酸鈣（鎂）垢、硫酸鋇垢和硫酸鍶垢，且大多是混合垢，很少見(jiàn)到單一垢。

1.2 條件變化引起的結(jié)垢

①溫度的影響

溫度能夠改變易結(jié)垢鹽類的溶解度，油田中除CaSO4·2H2O溶解度存在最大值外，其結(jié)垢鹽類均隨溫度的升高而降低。這些鹽類結(jié)垢中以碳酸鹽為主，升高溫度Ca(HCO3)2會(huì)分解產(chǎn)生CaCO3結(jié)垢：

此反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，升高溫度平衡向右移動(dòng)，使CaCO3的析出而結(jié)垢。對(duì)于以CaSO4、BaSO4、SrSO4為主的鹽類垢亦同理。

②壓力的影響

通常壓力對(duì)CaCO3、CaSO4以及BaSO4等溶液結(jié)垢均有影響，特別是CaCO3，因氣體CO2參與反應(yīng)，所以壓力對(duì)反應(yīng)的影響更為顯著，其結(jié)垢機(jī)理為：壓力降低使方程向右進(jìn)行，可以促進(jìn)CaCO3結(jié)垢得形成。因此，在油田集輸管道中，壓力一般都是降低的，結(jié)垢有上升的趨勢(shì)。

③pH值的影響

研究表明，溶液的pH值較低時(shí)，CaCO3在水中的溶解度較大，若提高溶液的pH值，碳酸鹽將快速結(jié)晶，垢形成的誘導(dǎo)期被縮短，促使結(jié)垢；但pH值過(guò)低，溶液呈酸性，反而促進(jìn)溶液腐蝕管道，易引起腐蝕垢的形成，所以推薦溶液的pH值6.5～8為宜。對(duì)于硫酸鈣垢，pH值影響卻不大。

④流速的影響

在流體動(dòng)力學(xué)中，液流流態(tài)、流速和流量是影響結(jié)垢的主要因素[3]。在相同條件下，采用不同的流速、流量，若流量、流速越小，則結(jié)垢趨勢(shì)越強(qiáng)，主要是由于液流的剪切力增強(qiáng)了剝蝕的能力，若增大流速，也就提高了對(duì)結(jié)垢的去除效果。因此結(jié)垢趨勢(shì)在滲流中最大、層流中次之、紊流中最小。

1.3 化學(xué)驅(qū)引起的結(jié)垢

對(duì)于化學(xué)驅(qū)，若使用堿性水驅(qū)油，注入的堿性水會(huì)影響水中的pH值、離子含量等，致使化學(xué)平衡的發(fā)生改變，可能產(chǎn)生碳酸鹽、硫酸鹽、氫氧化物的結(jié)垢。

此外，細(xì)菌在有利條件進(jìn)行大量繁殖及細(xì)菌的代謝產(chǎn)物，也是造成阻塞的一個(gè)因素。

2 結(jié)垢的危害

油水井結(jié)垢給油田生產(chǎn)帶來(lái)很多問(wèn)題，其危害主要有：

①油層及近井地帶結(jié)垢會(huì)堵塞油氣通道，降低油層滲透率，增加流動(dòng)阻力，使油井產(chǎn)液量下降，對(duì)于低滲透油田的影響則更加嚴(yán)重。

②注水系統(tǒng)結(jié)垢，會(huì)減小管線的截面積，使供、注水管道和油管的流量下降，此外，注水井近井地帶結(jié)垢致使注水壓力升高、能耗增加。

③抽油桿結(jié)垢會(huì)增加其負(fù)荷、降低泵效或造成卡泵故障。

④管道和設(shè)備表面結(jié)垢會(huì)造成垢下腐蝕，甚至穿孔。若加壓垢物堵塞和腐蝕的管道可能會(huì)發(fā)生爆裂，最終將導(dǎo)致大面積停產(chǎn)的現(xiàn)象。

3 除垢防垢方法

3.1 分開(kāi)不配伍的水

水的不配伍性可以說(shuō)是造成油水井結(jié)垢的主要原因，因此在油田注水開(kāi)發(fā)過(guò)程中，應(yīng)該盡可能避免不配伍的注入水和地層水混合，必須選用與地層水配伍性好且與儲(chǔ)層配伍性好的注入水進(jìn)行回注；當(dāng)油田的地層水與注入水難以相容時(shí)，要全面優(yōu)化注入水的水質(zhì)，確保注入水水質(zhì)優(yōu)良[4]。在原油輸送過(guò)程中，應(yīng)盡可能避免兩種不配伍的產(chǎn)出液相混合輸送。

3.2 脫氣處理

油田水由于流經(jīng)所處環(huán)境的溫度、壓強(qiáng)的變化，其溶解的氣體可能將大量的逸出，導(dǎo)致形成多種垢，例如水中的CO2可以促進(jìn)形成CaCO3，SO2可以促進(jìn)形成FeS，這些垢不但會(huì)阻礙原油的流動(dòng)，而且還會(huì)造成管道腐蝕，所以要除去水中溶解的氣體。

3.3 周期性滴入化學(xué)防垢劑

針對(duì)已經(jīng)結(jié)垢的井筒，可將防垢劑周期性的滴加到篩管的上部、油泵的下部、井筒的環(huán)形空間，化學(xué)防垢劑溶于介質(zhì)中可分解碳酸鈣等多種垢。

3.4 高壓水除垢

利用高壓水噴射是清理油井管網(wǎng)內(nèi)結(jié)垢的常見(jiàn)方法，以清水為媒介加壓，通過(guò)專門的清洗設(shè)施以強(qiáng)力水流噴射到管壁處，把結(jié)垢有效的剝離下來(lái)，此方法的優(yōu)點(diǎn)原理簡(jiǎn)單、成本低，對(duì)環(huán)境無(wú)影響，缺點(diǎn)是對(duì)硬性結(jié)垢難于清洗。

3.5 機(jī)械除垢

該法應(yīng)用最早，核心部件為強(qiáng)力清管器。與其它除垢方式相比清管器除垢具有價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)便、施工強(qiáng)度低、施工設(shè)備簡(jiǎn)單、施工周期短且無(wú)污染等特點(diǎn)[5]。但因?yàn)榍骞芷魇亲鲋本€運(yùn)動(dòng)，一般清理5～6遍才可將管內(nèi)垢層清理干凈，且效率低、質(zhì)量差，所以目前很少采用。

3.6 超聲波除垢

相比于傳統(tǒng)的除垢技術(shù)超聲波具有穿透力強(qiáng)、傳播方向性好、能量不易衰減等特點(diǎn)，不但自動(dòng)化程度高，而且可連續(xù)工作且性能可靠、費(fèi)用低且無(wú)污染，已成為目前最為廣泛的除垢防垢技術(shù)，工作原理是利用超聲波的強(qiáng)聲場(chǎng)作用于流體，在強(qiáng)大超聲場(chǎng)的作用下流體中成垢物質(zhì)發(fā)生物理形態(tài)、化學(xué)性質(zhì)的一系列的變化，從而使垢物分散、粉碎、松散、松脫下來(lái)。

[1]陳濤.油田集輸系統(tǒng)腐蝕結(jié)垢與防治[J].石油化工腐蝕與防護(hù),2011,28(2):27-29.

[2]宋時(shí)權(quán),蔣紹輝,張?jiān)浦?等.油田防垢概況[J].石油化工腐蝕與防護(hù),2011,28(1):5-7.

[3]王斌,宮軍,王秀芝,等.影響油水管線腐蝕和結(jié)垢因素探討[J].內(nèi)蒙古石油化工,2014(11):55-56.

[4]張獻(xiàn)波,徐繼承,吳斌,等.油田采出液混合結(jié)垢原因及垢沉積規(guī)律[J].油氣田地面工程,2006,25(5):46-47.

[5]于學(xué)忠,宋道杰.防垢除垢在油田注水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].內(nèi)蒙古石油化工,2013(13):29-31.

周佳旭（1996－），男，漢，學(xué)士。