注水系統(tǒng)高壓電子防垢裝置現(xiàn)場應(yīng)用試驗

盧思思（大慶油田有限責(zé)任公司第十采油廠）

從油田注水系統(tǒng)現(xiàn)有的防垢現(xiàn)狀分析來看，一般采取主動和被動兩種防垢措施。主動防治措施較少，主要是在部分水井上采用防腐油管；而被動防垢措施應(yīng)用較多，主要是對結(jié)垢嚴(yán)重的注水井管柱和注水系統(tǒng)的地面管線采取高壓射流除垢、在線化學(xué)清洗和清管器除垢的方法。這些防垢措施雖然效果較好，但也增加了生產(chǎn)成本[1-2]。

目前大慶高含水油田注水井的平均注入壓力達(dá)到12.8 MPa，部分井結(jié)垢較為嚴(yán)重，阻礙了注入管線內(nèi)水體的流通，為提高注入效果，將注入壓力升至14 MPa以上，致使電能浪費(fèi)較為嚴(yán)重。應(yīng)用注水井高壓電子防垢裝置，其目的能最大限度地減緩水井地面管線和井下管柱的結(jié)垢速度，尤其是針對過飽和導(dǎo)致的CaCO3垢[3]，從而保證油田注水水質(zhì)、注水量的需要。

1 防垢原理

高壓電子防垢裝置主要是利用電場的作用原理，通過改變水分子的物理結(jié)構(gòu)和運(yùn)動方式，使水中溶解鹽的正負(fù)離子被單個水分子包圍，使得運(yùn)動速度降低，有效碰撞次數(shù)減少，靜電引力下降，在受熱面或管壁上難以結(jié)垢，從而達(dá)到防垢目的。同時，由于被處理的水中含有大量被激勵的電子，對垢分子有破壞作用，使管壁內(nèi)的積垢逐漸剝蝕、溶解、脫落，因此又具有除垢的作用[4]。

2 結(jié)構(gòu)組成

注水井高壓電子防垢裝置主要由主機(jī)和副機(jī)兩部分組成。主機(jī)部分包括電子發(fā)生器、指示燈、電源插座；副機(jī)部分由護(hù)蓋、電極和機(jī)殼等部件組成（圖1）。

圖1 高壓電子防垢裝置

其中主機(jī)技術(shù)指標(biāo)如下：工作壓力為16 MPa，有效范圍可達(dá)2500 m，適應(yīng)水質(zhì)總硬度為700 mg/L（以CaCO3計），輸入電源為220 V/50 Hz，易損件的使用壽命能達(dá)到2年以上。

3 現(xiàn)場安裝試驗和性能效果分析

3.1 電子防垢裝置的現(xiàn)場安裝

電子防垢裝置采用臥式焊接方式安裝（圖2）。該裝置的徑向接口與泵站來水口相焊接，軸向接口與高壓匯管相焊接，從而對配水間高壓閥組上的所有注水井的地面管線及井下管柱進(jìn)行防垢保護(hù)。

圖2 1#配水間實地安裝

3.2 電子防垢裝置的性能效果分析

3.2.1 具有防止和減緩結(jié)垢速度的作用

在1#配水間高壓匯管上安裝了1臺高壓電子防垢裝置。為檢查試驗效果，在該裝置運(yùn)行17個月時，第三次將1#井的觀察短接拆下，現(xiàn)場檢查短接內(nèi)壁光滑無垢；同時也將同步對比3#井的短接拆下，現(xiàn)場檢查對比短接內(nèi)垢厚為3～8 mm，垢質(zhì)較硬，不易脫落。由此證明電子防垢裝置具有防止和減緩結(jié)垢速度的作用。

3.2.2 使老垢變得疏松并具有除垢的作用

由改造下來的老管線結(jié)垢情況分析可知，沒有安裝電子防垢裝置的管線結(jié)垢嚴(yán)重，井口短接安裝處垢質(zhì)粘連，拆卸十分困難，結(jié)垢厚度在8～10 mm之間；而安裝電子防垢裝置僅1年的管線，短接處易拆接，垢厚降至2～4 mm，垢厚度減薄了6 mm。從取下的垢樣也可以看出，無措施管線內(nèi)的垢樣，垢質(zhì)堅硬呈片狀，采集困難，只能用金屬利器才能將其敲下；而有措施管線內(nèi)的垢樣，垢質(zhì)疏松、易脫落并呈顆粒或粉末狀，極易采集。表明該電子防垢裝置具有除垢的作用。

3.2.3 對注水系統(tǒng)的腐生菌具有較強(qiáng)的抑制作用

大量研究表明，細(xì)菌是造成油田管線腐蝕的主要因素[5]。油田注入水中含有一定量的腐生菌、硫酸還原菌等，在管線內(nèi)壁固著造成管線腐蝕危害[6]。通過對源頭、配水間和單井一條線的采樣分析可以看出，腐生菌數(shù)量明顯降低。由無措施前的40 000個/mL，降到有措施后的7000個/mL，腐生菌數(shù)量下降了33 000個/mL。因此，電子防垢裝置對注水系統(tǒng)的腐生菌具有抑制作用。

從水樣化驗對比也可看出，由于降低了水中溶解鹽的正負(fù)離子運(yùn)動速度和碰撞次數(shù)，從而減少了H2S和Fe2+的反應(yīng)，有效抑制了硫化物（硫化亞鐵）的沉淀與腐蝕（表1）。

表1 注入水樣化驗數(shù)據(jù)

采用高壓電子防垢裝置的一次性投入費(fèi)用低，每臺5萬元，現(xiàn)場應(yīng)用耗電量低，輸入功率為70 W。與化學(xué)藥劑除垢相比，電子裝置除、防垢不會因改變水質(zhì)成分帶來負(fù)面影響，減少了長期應(yīng)用化學(xué)藥劑的投資，現(xiàn)場管理十分方便，沒有維護(hù)費(fèi)用。

由于油田地理位置和結(jié)垢速度各不相同，建議在結(jié)垢嚴(yán)重區(qū)域的水井上應(yīng)用電子防垢裝置，減緩水井的結(jié)垢速度。在沒有防垢措施區(qū)域的水井上可安裝觀察短接，監(jiān)測各區(qū)域水井的結(jié)垢情況，為水井作業(yè)時間的確定提供詳實數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

1）高壓電子防垢裝置具有結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，使用壽命長，一次性投入費(fèi)用低等特點，適用于油田對配水間所轄水井進(jìn)行整體防垢保護(hù)。

2）現(xiàn)場試驗表明，高壓電子防垢裝置可作為主動防垢工藝措施，對新井管線防止和減緩結(jié)垢速度的作用顯著，對于已結(jié)垢的老井，可促使老垢疏松、脫落。

3）高壓電子防垢裝置對注入系統(tǒng)中的腐生菌具有抑制作用。