基于電磁場的除垢和防垢技術(shù)研究

張偉 劉俞江 劉曉斌

摘 要：以油田開采中應(yīng)用的傳統(tǒng)除垢防垢技術(shù)為基礎(chǔ)，開展了電磁場形式的除垢防垢技術(shù)，意在實現(xiàn)讓油田注水管線少結(jié)垢，延長注水管線壽命，保證注水壓力正常及管徑正常的目的。線分析了技術(shù)的獨(dú)特和創(chuàng)新之處，探討了研究方法和路線，評價了研究結(jié)果。

關(guān)鍵詞：電磁場;除垢防垢技術(shù);研究

采油廠井區(qū)（區(qū)塊）注水過程中，回注污水處理后雖然水質(zhì)相對穩(wěn)定，但注水管線中仍然存在結(jié)垢和注水管線較為嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象。因為沿途管線腐蝕和結(jié)垢導(dǎo)致管網(wǎng)注水調(diào)配困難，系統(tǒng)能耗增大，并影響配注量和最終注入儲層的水質(zhì)。因此，應(yīng)當(dāng)采取有效的除垢和防垢技術(shù)，避免水管線腐蝕問題，提高石油開采質(zhì)量。

1 電磁場的除垢和防垢技術(shù)的機(jī)理和優(yōu)勢

1.1 技術(shù)機(jī)理

優(yōu)化儀產(chǎn)生針對水中各種分子及離子的一個優(yōu)化能量場，使水中的鈣離子和硫酸根離子結(jié)合生成雯石晶體而不是方解石。雯石顆粒很小，粘附性極弱，呈松軟絮狀懸浮于水中，極易被水流帶走，從而達(dá)到防止結(jié)垢的目的。該能量場同時破壞了水分子間的氫鍵，大分子團(tuán)被打碎，形成自由水分子，使水的溶解度和導(dǎo)電性大大增強(qiáng)，水垢中的碳酸鈣等成分逐漸溶解回水中，使硬水垢變松軟，在水流的不斷沖刷下脫落并帶走，從而起到除垢的作用。

1.2 技術(shù)優(yōu)勢

根據(jù)上述技術(shù)機(jī)理，研制成優(yōu)化儀，有著以下優(yōu)勢。

功能齊全，針對性強(qiáng)：多功能水（油）分子動態(tài)優(yōu)化儀具有防垢、除垢和防蠟、除蠟的主要功能，同時還具有降低原油流動粘度等功能。

安裝方便，運(yùn)行費(fèi)用低：將儀器直接安裝在工作對象外表面上，不需要割開管線、設(shè)備或機(jī)械打孔，因此不影響正常生產(chǎn);儀器自動安全運(yùn)行，不需要人員值守維護(hù)，運(yùn)行費(fèi)用每天僅7-10元電費(fèi)，十分低廉。

動態(tài)可調(diào)，自動控制：油氣生產(chǎn)及生活中不同條件下油、氣、水的溫度、粘度、硬度、pH值以及組份、流量各不相同，生產(chǎn)動態(tài)是在不斷變化的，有時甚至相差很大，因此流體分子的結(jié)構(gòu)以及能量狀態(tài)參數(shù)也處在不斷改變之中。

有效時間長，作用范圍大：由于儀器穩(wěn)定性能高，抗干擾能力強(qiáng)，有效使用時間長達(dá)5年;每臺儀器控制影響范圍大，可對5-10km長的管線起到作用，可見其性價比高。

工作目標(biāo)多，應(yīng)用領(lǐng)域廣：儀器對各種不同性質(zhì)的油、氣、水流體都有明顯效果，如稠油、稀油、揮發(fā)油、凝析氣以及各種類型的工業(yè)和生活用水等。

在油氣田上可以應(yīng)用在：注水管網(wǎng)及設(shè)備、各種鍋爐、加熱站、摻水管線以及生活用水和取暖系統(tǒng);還可應(yīng)用于輸油、氣管線、油氣集輸站點(diǎn)、聯(lián)合處理站等處。

2 技術(shù)路線和實驗方法

技術(shù)路線：電磁感應(yīng)水處理技術(shù)，采用特定頻率范圍電流，高頻功率電磁場作用于流經(jīng)管道的流體。電磁場作用下氫鍵締合大水分子團(tuán)變成單個的極性水分子，密度、黏度、滲透能力、表面張力、氣溶性、離子水合作用、膠體電位等發(fā)生變化，成垢離子水化膜加厚、成垢趨勢減緩;活性水溶解原有垢層，滲入原有垢層后在恢復(fù)締合大水分子團(tuán)結(jié)構(gòu)過程中的體積膨脹促使垢層松動、脫落;成垢離子（如Ca2+、CO32-）在電磁場誘導(dǎo)作用下形成文石、球霰石“水渣型”軟垢。同時，可輔助或大功率下直接殺滅SRB、IB、TGB等細(xì)菌。

實驗方法：對于油田運(yùn)行管網(wǎng)，尤其是注水系統(tǒng)管網(wǎng)，造成堵塞的垢類包括無機(jī)垢和生物膜有機(jī)垢。由于管道流體的特殊性，個別地區(qū)水質(zhì)處理不達(dá)標(biāo)會導(dǎo)致嚴(yán)重的無機(jī)垢堵塞，而相應(yīng)的有機(jī)垢則很大程度上是由SRB等產(chǎn)生的代謝生物膜所引起的。垢層的存在又為菌落的繁殖提供了條件，并影響到化學(xué)殺菌效果。此外，在金屬電化學(xué)腐蝕作用下，以SRB為代表的菌落的代謝作用還會產(chǎn)生陰極去極化作用，加劇管道的腐蝕。針對此，采用電磁感應(yīng)水處理技術(shù)，預(yù)期能明顯減輕注水管線的結(jié)垢情況，降低注水管網(wǎng)系統(tǒng)能耗，改善配注條件，同時減輕儲層污染。

3 實驗結(jié)果分析

以某油田為實驗對象，得到實驗結(jié)果。未使用電磁感應(yīng)水處理設(shè)備前，運(yùn)行40天，摻水進(jìn)口掛片1結(jié)垢速率0.000156g/mm2.d，摻水出口掛片2結(jié)垢速率為0.000153 g/mm2.d，均較高。使用電磁感應(yīng)水處理設(shè)備第一周期40天后，掛片1的結(jié)垢速率下降為0.000019 g/mm2.d，降低了7倍之多，掛片2結(jié)垢速率下降為0。使用電磁感應(yīng)水處理設(shè)備第二周期61天后，掛片1的結(jié)垢速率下降為-0.000078g/mm2.d，掛片2的結(jié)垢速率下降為-0.000021g/mm2.d。運(yùn)行第三周期20天后，掛片1和掛片2的結(jié)垢速率都為0。從結(jié)垢速率和質(zhì)量變化趨勢上分析，電磁感應(yīng)水處理設(shè)備運(yùn)行3個周期，防垢和除垢作用都十分明顯。應(yīng)用該技術(shù)后，預(yù)期能明顯減輕注水管線的結(jié)垢情況，降低注水管網(wǎng)系統(tǒng)能耗，改善配注條件，延長管網(wǎng)運(yùn)行壽命，減少檢修與維護(hù)工作量，同時減輕儲層污染。

4 結(jié)束語

綜上所述，應(yīng)用電磁除垢防垢技術(shù)后，運(yùn)用電磁原理打亂水的結(jié)垢分子，使油田注水管線少結(jié)垢，延長注水管線壽命，保證注水壓力及管徑的正常，注水管線安裝新型電磁除垢防垢裝置后管線與沒安裝新型電磁防垢除垢裝置之前管線相比結(jié)垢速率減緩30%以上。明顯減輕注水管線的結(jié)垢情況，降低注水管網(wǎng)系統(tǒng)能耗，改善配注條件，延長管網(wǎng)運(yùn)行壽命，減少檢修與維護(hù)工作量，同時減輕儲層污染。

參考文獻(xiàn)：

[1]肖曾利，蒲春生.磁防垢技術(shù)及應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀[J].斷塊油氣田，2010，17（1）.