油田開發(fā)中結(jié)垢原因分析及治理對策探討

丁亞玲

【摘 要】油田開發(fā)過程中，油藏中的流體（油、氣、水）從油氣層中流出，經(jīng)油井井筒、井口到地面集輸系統(tǒng)，由于溫度、壓力和油氣水平衡狀態(tài)的變化，容易發(fā)生無機鹽類的沉積，生成垢，結(jié)垢現(xiàn)象的發(fā)生，給油田正常生產(chǎn)帶來許多不利影響，輕者使產(chǎn)量降低，重者造成停產(chǎn)，甚至引發(fā)安全事故。因此，研究結(jié)垢的原因與治理對策，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

【關(guān)鍵詞】油田；結(jié)垢；原因分析；治理對策

一、油田結(jié)垢的原因分析

油田生產(chǎn)過程中，壓力、溫度的變化或不相容的水相混合，會造成地層、井筒和管線表面結(jié)垢，影響原油生產(chǎn)。

（一）水中雜質(zhì)沉積結(jié)垢。水中雜質(zhì)主要集中在注水井、回注水輸水管網(wǎng)等溫度相對低的地方，注水井自上而下，結(jié)垢現(xiàn)象逐漸增強，而腐蝕產(chǎn)物的結(jié)垢因素相對遞減。

（二）地層水中含有高濃度易結(jié)垢鹽離子。在采油生產(chǎn)過程中油田壓力、溫度或水成分變化改變了原先的化學(xué)平衡而產(chǎn)生垢，主要垢成分是碳酸鈣，可混有碳酸鎂、硫酸鈣/鎂等，我國陸上油田結(jié)垢大都由此引起。二是兩種或兩種以上不相容的水混合，結(jié)垢離子相互作用而生成垢，最為常見的有硫酸鋇和硫酸鍶垢。特別是海上油田注海水開采過程中，地層水常含有鋇鍶離子，而海水含有大量的硫酸根離子，兩者混合產(chǎn)生難溶的硫酸鋇鍶垢。

（三）硫酸鹽析出結(jié)垢。部分油田水型為硫酸鈉型和氯化鈉型，主要產(chǎn)生硫酸鈣結(jié)垢，原因是鈣離子與硫酸根離子結(jié)合產(chǎn)生硫酸鈣，造成硫酸鈣垢，油井產(chǎn)生硫酸鈣垢的主要部位井筒底部的套管內(nèi)壁和油管外，地面站則收球筒和總機關(guān)出為主要結(jié)垢地點。

（四）壓力、PH、溫度的影響。碳酸鈣的溶解度與溫度、PH值和二氧化碳的分壓有關(guān)，溫度越高、升高PH、二氧化碳分壓越小，碳酸鈣的溶解度就越低，二氧化碳的分壓影響更為重要，如果其降低，碳酸鈣沉淀可以產(chǎn)生在系統(tǒng)的任意部位。降低PH則可以使碳酸鈣溶解度增大，大大減弱了成垢趨勢。

（五）注水高礦化度、高硬度。由于油田開采的地理條件往往比較復(fù)雜，使得不得不少注水開發(fā)的油田注入水的水質(zhì)存在硬度和堿度都偏高的問題，隨著油田開采工作的不斷深入，油田的地層壓力和地層溫度都會不斷的下降，這種環(huán)境的變化會使水中的礦物質(zhì)大量的析出，最終產(chǎn)生大量的無機鹽結(jié)垢。

（六）膠質(zhì)、瀝青質(zhì)及蠟形成的有機垢。存在原油中重油部分的膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、蠟，在輸油管道中流動時，隨著管道周圍溫度、壓強的下降以及輕質(zhì)碳酸鈣不斷的逸出，在原油的溶解能力會不斷的下降，從而會開始結(jié)晶、析出、聚集，最終附在管道上形成有機垢，造成輸油管道阻塞，對產(chǎn)油量產(chǎn)生直接影響。

（七）細菌堵塞地層。細菌堵塞地層主要有兩種形式，一是：細菌自身利用所處的有利條件進行大量的繁殖，最終形成菌落阻塞地層；二是：細菌的代謝產(chǎn)物，造成地層阻塞。會造成地層阻塞的細菌種類會因地層的結(jié)構(gòu)、成分的不同而不同，如在長慶油田地層中的主要是硫酸還原菌，而在純梁油田地層中主要是鐵細菌。

二、油田結(jié)垢的危害

垢內(nèi)通常含有腐蝕產(chǎn)物（如碳酸亞鐵、硫化亞鐵等）以及在一定條件下析出的鹽（如氯化鈉等）。結(jié)垢對油田生產(chǎn)的影響包括：①油層及近井地帶結(jié)垢，會堵塞油氣通道，降低油層滲透率，使油井產(chǎn)液量下降（低滲透油田更加嚴(yán)重）；②井筒結(jié)垢，會增加抽油桿的負荷，降低泵效，或者造成卡泵現(xiàn)象；③集輸管道和設(shè)備表面結(jié)垢，會造成垢下腐蝕，甚至穿孔；④注水系統(tǒng)結(jié)垢，使注水壓力上升，能耗增加而生產(chǎn)能力降低。傳統(tǒng)的控制碳酸鹽垢的方法主要是酸洗，勞動強度大，對管柱和設(shè)備有損害，且酸液排放是環(huán)境保護的一大隱患。鋇鍶垢堅硬難溶，酸洗無效，大都采用防垢技術(shù)來控制。

隨著油田注水開發(fā)的不斷實施，我國各大油田產(chǎn)出液的含水率越來越高，油水井及管輸系統(tǒng)的結(jié)垢問題也越來越嚴(yán)重。結(jié)垢造成生產(chǎn)管線或設(shè)備堵塞，產(chǎn)液量下降，嚴(yán)重時造成抽油桿拉斷，油井關(guān)井，甚至報廢。目前國內(nèi)應(yīng)用較多的化學(xué)防垢技術(shù)主要是酸洗法和投加防垢劑法（包括向油管或油套環(huán)空連續(xù)注入防垢液和向鼠洞或井底投加固體防垢塊兩種方式）。酸洗法防垢有效期短，返排液還會對環(huán)境造成污染。連續(xù)注入防垢液對泵的要求較高，且操作復(fù)雜；投放固體塊同體防垢塊的溶解速度不易控制。

三、治理對策探討

（一）控制物理條件。成垢離子濃度、PH、水中含鹽量、壓力、溫度以及管線形狀、水的流動狀態(tài)等條件都會影響油田結(jié)垢，控制和改善其中的一些條件就可能減小鹽垢的析出程度，減少垢的形成，同時應(yīng)該增加水的流速，輸油管道內(nèi)壁應(yīng)該增加光滑程度并施以涂層。

（二）除去成垢物質(zhì)。一般的工業(yè)循環(huán)水，經(jīng)過軟化水的方法可以大幅度減少成垢離子，對于碳酸根離子及碳酸氫根離子，采用換熱器、降低水的PH則可以使其變?yōu)槎趸細怏w，再采用真空法或氣提法除去二氧化碳，可以有效的抑制碳酸鈣垢的形成。

（三）避免不相容的水的混合。不相容水指水混合后會產(chǎn)生不溶性的物質(zhì)，所以聲場過程中盡量避免不相容水混合可以有效減少垢的生成，對于可能引起結(jié)垢的套管損壞井的不同層位井水互竄的情況，應(yīng)該使用隔水采油工藝。對于注入水與地層水不相容的情況，則應(yīng)該選擇優(yōu)質(zhì)的水。同時應(yīng)將清水和污水分別注入，避免發(fā)生腐蝕與結(jié)垢問題。

（四）使用防垢劑。目前油田控制結(jié)垢措施最常用的是防垢劑，這種方法方便快捷，容易實現(xiàn)，但是使用時需要合理的選擇，目前主要的防垢劑有有機膦酸鹽（脂）類、高分子聚合物及其衍生物、有機膦酸鹽與聚羧酸鹽復(fù)合類、有機膦羧酸等。兼具防垢、防蠟功能的固體防蠟塊，使用時，將防垢塊填裝到一種自制的防垢工作筒中，下入井中，工作筒連接在篩管的上部、抽油泵的下部，當(dāng)有液體流過的時候，防垢劑以及防蠟劑溶于水和油當(dāng)中，有緩慢溶解、有效期時間長等特點。這項技術(shù)的實施，大大延長了檢泵周期、減緩了油井的結(jié)垢。

（五）周期性滴入化學(xué)防垢劑。對于已經(jīng)結(jié)垢的井筒，可以在井筒的環(huán)形空間、篩管的上部、以及油泵的下部，周期性的滴入化學(xué)防垢劑，化學(xué)防垢劑融入水中后就會對碳酸鈣等多種有機垢，起到分解消除的作用。

（六）改變注入水的性質(zhì)。對于容易出現(xiàn)結(jié)垢問題的注水井，可以在注入水中加入改性劑，使水的PH值和硬度降低，這樣就可以有效的防止顯弱堿性的注入水與地層酸性水融合而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成各種有機垢。除此之外，在注入水中加入化學(xué)改性劑，還可以殺滅水中的各種細菌，對細菌的生存環(huán)境造成破壞，防止其進行大量的繁殖，從而使管道的腐蝕受到抑制。

（七）超聲波除垢。超聲波具有傳播方向性好，穿透力強、能量不易衰減等特點，利用超聲波除垢可以同時產(chǎn)生機械作用、空化作用以及熱作用。當(dāng)超聲波在液體介質(zhì)、垢物、管壁這三者之間傳播時，由于存在速度差會在三中不同介質(zhì)的表面形成一種強大的剪切力，這種剪切力會使垢物的附著力大大的降低，最終達到使垢物逐漸脫落的效果。

四、結(jié)語

綜上所述，油田由于結(jié)垢不僅造成原油產(chǎn)量降低，給油田正常生產(chǎn)帶來許多不利影響，輕者使產(chǎn)量降低，重者造成停產(chǎn)，甚至引發(fā)安全事故。同時使工人的工作量大大的增加。因此，我們很有必要對油田油水井的結(jié)垢成因進行詳細的了解和分析，并要結(jié)合實際情況，制定出一系列的除垢防垢方案，將結(jié)垢給油田開發(fā)帶來的不利影響降到最低。

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