楊波 （長江大學研究生院，湖北 荊州 434023）

王林海 （中海油能源發(fā)展股份有限公司采油技術服務分公司，廣東 湛江 524057）

劉華榮 （長江大學化學與環(huán)境工程學院，湖北 荊州 434023）

沈靖 （中海油能源發(fā)展股份有限公司采油技術服務分公司，廣東 湛江 524057）

吳娟，梅平，尹先清，陳武 （長江大學化學與環(huán)境工程學院，湖北 荊州 434023）

W11－4N油田位于南海北部灣海域內，自從投產以來生產比較正常；W11－4N油田到 W11－1A油田的海底管道于2008年1月1日開始使用，設計最大流量600m3/d，目前的實際流量約為1000～1200m3/d。但是近年發(fā)現(xiàn)W11－4N油田的SDV閥、A3井油嘴、多路閥出口管線、閥門內部及下岸生產管線結垢比較嚴重，導致不能進行發(fā)球作業(yè)，甚至出現(xiàn)下岸管線堵塞情況。為了清除設備和管道內的垢物，保證輸送設備的正常運行，達到減小輸油回壓、減小磨阻、降低輸油溫度的目的，筆者針對W11－4N油田海管結垢堵塞情況開展了清垢技術研究，旨在為徹底清除管線內部的凝油、蠟和垢提供科學依據(jù)。

1 W11－4N油田水樣分析

為了弄清W11－4N油田結垢情況，以便針對性地開展清垢技術研究，參照文獻 ［1］對現(xiàn)場取水樣進行了分析 （表1），并采用Stiff－Davis穩(wěn)定指數(shù)法［2～4］預測污水結垢傾向 （表2）。

表2理論預測表明，W11－4N油田單井A1井、A2井、A6井水都有結垢傾向；2種或3種單井水等體積混合也有結垢傾向；而W11－4N上岸取樣口分離水無結垢傾向，說明上岸水是在管道中結過垢的水，與海底混輸管道實際結垢情況一致。

表1 W11－4N油田水樣分析

表2 W11－4N油田部分水樣結垢預測分析結果

2 W11－4N油田垢樣分析

為了弄清W11－4N油田結垢類型，以便針對性地開展溶垢技術研究，對取自現(xiàn)場的垢樣進行X射線衍射分析 （XRD）。結果表明，管道垢樣的主要成分是：Ca9MgNa（PO4）7質量分數(shù)約為65%，CaCO3質量分數(shù)約為20%，SiO2質量分數(shù)約為8%，F(xiàn)eCO3質量分數(shù)約為7%。

3 清垢劑體系試驗研究

3.1 清垢劑的篩選

在研缽中放入垢樣研細至140～170目 （顆粒直徑0.1mm左右），除油或不除油放入干燥器中待用，試驗時稱取一定量垢樣用于下一步溶解試驗。根據(jù)W11－4N油田A1井和A2井采出水 （見表1）離子平均值配制模擬地層水，由W11－4N油田的現(xiàn)場情況，確定試驗溫度為65℃。然后分別在100ml一定質量濃度的清垢劑QG－1、QG－2、QG－3水溶液中各加入1.0g垢樣 （除油、干燥恒重），在65℃、磁力攪拌器攪拌4h，濾出未溶物，烘干，冷卻，恒重稱量，求出清垢率，結果見圖1。

圖1 不同清垢劑清垢率對比

圖2 不同絡合劑對清垢率的影響

由圖1可知，在清垢劑QG－1、QG－2、QG－3中分別加1.0g垢樣后，在可比條件下，清垢劑QG－3清垢效率最高，因此以下試驗選擇清垢劑QG－3。

3.2 絡合劑的篩選

為了增強清垢劑清垢能力，分別取絡合劑LH－1、LH－2、LH－3、LH－4，分別在100ml質量濃度為5×104mg/L清垢劑QG－3中，加入不同質量濃度的不同絡合劑，再加入1.0g垢樣，在65℃、磁力攪拌器攪拌4h，濾出未溶物，烘干，冷卻、恒重稱量，求出清垢率。不同絡合劑對清垢劑清垢率影響結果見圖2。

由圖2可知，在65℃、100ml的5×104mg/L清垢劑QG－3中加入5×104mg/L的絡合劑LH－1，清垢效果最好，清垢率達到88.66%，大于1×105mg/L清垢劑QG－3的清垢率86.07%。因此，可以確定清垢劑和絡合劑的較佳組合是5×104mg/L的清垢劑QG－3＋5×104mg/L的絡合劑LH－1。

3.3 滲透劑的篩選

垢物中含有的油污、烴類物質使垢表面具有非水濕特性、妨礙了清垢劑溶液同垢的直接接觸。因此添加滲透劑可以降低油水界面張力，以使溶垢劑產生潤濕、滲透和分散作用，提高溶垢效率。分別取滲透劑ST－1～ST－4，分別在100ml質量濃度為5×104mg/L清垢劑QG－3水溶液中，加入不同質量濃度的不同滲透劑，然后加入1.0g未除油垢樣，在65℃、磁力攪拌器攪拌4h，濾出未溶物，烘干冷卻、恒重稱量，求出清垢率。不同滲透劑對清垢劑清垢率影響結果見圖3。

由圖3可知，在65℃、100ml的清垢劑溶液中加入不同滲透劑及1.0g未除油干燥垢樣后，磁力攪拌器攪拌4h，滲透劑效果最好是150mg/L的ST－4，其次是ST－2。

圖3 不同滲透劑對清垢率的影響

圖4 不同緩蝕劑質量濃度對腐蝕速率的影響

3.4 緩蝕劑的篩選

在125ml質量濃度1×105mg/L清垢劑QG－3＋125ml地層水中，不加或加入一定量緩蝕劑，然后按照標準SY/T 5405—1996［5］在65℃溫度下對N80鋼片進行清垢劑腐蝕性試驗，掛片時間24h。結果如圖4所示。由圖4通過初步篩選可知，清垢劑中不加緩蝕劑時，腐蝕速率為18.8142g/（m2·h）；加入質量濃度為5000mg/L的緩蝕劑HS－2，腐蝕速率為0.4438g/（m2·h），緩蝕效果最好，緩蝕效率達到97.64%。對緩蝕劑 HS－2開展了進一步研究，試驗條件同上，其濃度對緩蝕效率的影響如圖5所示。

圖5 緩蝕劑HS－2質量濃度對腐蝕速率的影響

由圖5可知，緩蝕劑 HS－2質量濃度為200mg/L時，緩蝕效率達到94.63%，腐蝕速率為1.1357g/ （m2·h），能滿足標準SY/T 5405—1996［5］對腐蝕要求的 一 級 指 標 要 求 （2.0 ～3.0g/ （m2·h））。

3.5 清垢劑體系確定

根據(jù)以上試驗結果，在65℃、恒溫24h的條件下，按照這些藥劑的加藥量開展配伍性研究，結果表明清垢劑體系配方中，主清垢劑QG－3、絡合劑LH－1、滲透劑ST－4與緩蝕劑HS－2在有效使用量時混合，它們之間是配伍的，可以同時使用。因此確定在線清垢劑體系的組成為：質量濃度為5×103mg/L主清垢劑QG－3＋5×104mg/L絡合劑LH－1＋150mg/L滲透劑ST－4＋200mg/L緩蝕劑 HS－2。

3.6 清垢劑體系配合使用清垢性能評價

在50ml清垢劑體系水溶液中加入一定量未除油垢樣 （干燥恒重），65℃下磁力攪拌器攪拌4h，濾出未溶物，烘干，冷卻，恒重稱量，求出清垢率，結果見圖6。

由圖6可知，清垢率隨所加垢樣量的增加而減少，說明一定量的清垢劑的清垢能力是一定的。50ml清垢劑體系水溶液中加1.0g未除油垢樣，清垢率最高達到70.21%。

圖6 垢樣量對清垢率的影響

圖7 清垢劑用量對清垢率的影響

4 影響清垢劑效果的因素研究

4.1 清垢劑用量對清垢效果影響

在一定體積質量濃度為1×105mg/L主清垢劑QG－3水溶液中加入不同量除油垢樣，65℃下磁力攪拌器攪拌4h，濾出未溶物，烘干，冷卻，恒重稱量，求出清垢率，結果見圖7。

由圖7可知，清垢率隨所加垢樣量的增加而減少，隨清垢劑體積的增加而增加。說明一定量的清垢劑的清垢能力是一定的。100ml和200ml質量濃度為1×105mg/L的主清垢劑QG－3水溶液中加1.0g除油垢樣，溶垢率最高分別為81.85%、91.4%。

4.2 滲透劑濃度的影響

在100ml質量濃度為1×105mg/L的主清垢劑QG－3水溶液中加入100ml模擬地層水，再加一定量滲透劑，然后加入2.0g未除油垢樣，65℃下磁力攪拌器攪拌4h，濾出未溶物，烘干，冷卻，恒重稱量，清垢率結果見圖8。由圖8可知，在主清垢劑QG－3水溶液中加入一定量滲透劑ST－2時，隨ST－2加入，溶垢率略有下降；隨著ST－4的加入，溶垢率變化顯著，在ST－4質量濃度為150mg/L時，溶垢率達到71.29%。

4.3 溫度對清垢率的影響

在100ml清垢劑水溶液中加入1.0g垢樣，在不同溫度下，磁力攪拌器攪拌4.0h，濾出未溶物，烘干，冷卻，恒重稱量，求出清垢率，結果見圖9。由圖9可知，在35～75℃范圍內，隨著溫度升高，清垢率增加；但溫度高于75℃后，清垢率下降，這可能是由于在高溫下清垢劑中有些組分不穩(wěn)定，或者是清垢劑與成垢離子螯合形成的物質不穩(wěn)定所致。

表3 清垢時間對清垢率的影響

圖8 滲透劑質量濃度對清垢率的影響

圖9 清垢溫度對清垢率的影響

4.4 清垢時間對清垢率的影響

在100ml清垢劑水溶液中加入1.0g垢樣，65℃下磁力攪拌器攪拌不同時間，濾出未溶物，烘干，冷卻，恒重稱量，求出清垢率，結果見表3。由表3可知，隨著清垢時間的增加，清垢率增加顯著。

5 清垢劑體系在線性能評價

為了研究在線清垢劑體系在實際采出水中的清垢效果及腐蝕性，分別利用模擬地層水和W11－4N油田A5井采出水，配制在線清垢劑水溶液；然后分別取100ml清垢劑水溶液，分別加入1g的垢樣，在65℃下磁力攪拌器攪拌4.0h，濾出未溶物，烘干恒重，稱量，求出清垢率。另分別取250ml按照SY 5273—91［6］，對這2種清垢劑水溶液進行腐蝕性試驗 （試驗條件：N80鋼片，65℃，24h），結果見表4。表4表明，無論是在模擬地層水中還是在實際生產井A5井采出水中，在線清垢劑體系清垢效率幾乎相同，緩蝕效率相同，且在實際生產水A5井配制的體系中腐蝕速率更低。

表4 現(xiàn)場采出水中清垢劑體系性能評價

6 結語

上述試驗結果表明，通過研究得到的在線清垢劑，用量少，適宜溫度范圍寬，溶垢時間短、效率高，對輸油管道材料腐蝕速率低，對管線不造成損傷性危害，清垢具有安全、徹底、速度快、無污染等特點，基本能夠滿足現(xiàn)場對不停產化學清垢的的各項技術指標要求，具有進一步開展在線清垢工藝技術及參數(shù)現(xiàn)場試驗研究價值，預期該在線清垢技術對油田集輸管線清垢有很好的推廣應用前景及較好的經濟效益。

［1］SY/T 5523—2000，油氣田水分析方法 ［S］.

［2］朱義吾 .油田開發(fā)中的結垢機理及其防治技術 ［M］.西安：陜西科學技術出版社，1995.

［3］Yuan M D，Todd A C.Prediction of sulfate scaling tendency in oilfield operations ［J］.SPE18484，1989.

［4］陸柱 .油田水處理技術 ［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1990.

［5］SY/T 5405—1996，酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標 ［S］.

［6］SY 5273—1991，油田注水緩蝕劑評價方法 ［S］.

［編輯］ 蕭雨