郭亞強(qiáng),彭賀林,許剛,彭代中吳惠群,李品,周杰,石巖 (中石化中原油田分公司第三采油廠,山東聊城 252429)

文明寨油田集輸管網(wǎng)的物理法防垢研究

郭亞強(qiáng),彭賀林,許剛,彭代中吳惠群,李品,周杰,石巖 (中石化中原油田分公司第三采油廠,山東聊城 252429)

隨著油田開采的不斷深入,油井進(jìn)入高含水期,加上地層出砂,地面集輸管道結(jié)垢現(xiàn)象不斷加劇,集輸生產(chǎn)效率降低,造成維護(hù)時(shí)資金浪費(fèi),并存在安全生產(chǎn)隱患。通過對文明寨油田結(jié)垢機(jī)理的分析,結(jié)合現(xiàn)有的除垢技術(shù),引用物理法(電磁防垢)防垢儀器進(jìn)行防垢試驗(yàn),通過在集油干線的試驗(yàn)論證物理法(電磁防垢)防垢在集輸管網(wǎng)防垢方面的可行性,為油田的防垢措施提供經(jīng)驗(yàn)參考。

文明寨油田;集輸管網(wǎng);結(jié)垢;電磁防垢

隨著油田開采的不斷深入,油田開發(fā)進(jìn)入后期的高含水期,在地層液產(chǎn)出過程中,從地層到井筒儲積、管道輸送到聯(lián)合站的過程中,極易在地層、井筒、管道等位置形成結(jié)垢,給油田生產(chǎn)帶來很大的危害,特別是在地層出砂嚴(yán)重的區(qū)塊,管道結(jié)垢現(xiàn)象逐年加劇,造成集輸管道生產(chǎn)效率降低,管道運(yùn)行壓力升高,管道滲漏穿孔頻繁發(fā)生,極易導(dǎo)致火災(zāi)甚至爆炸的安全隱患。為此,對管道結(jié)垢機(jī)理和防垢技術(shù)、設(shè)備的研究非常有必要。

1 文明寨油田管線結(jié)垢分析

文明寨油田是一個(gè)在穹隆背景下被斷層復(fù)雜化的極復(fù)雜斷塊油田,斷層多、斷塊小、構(gòu)造極復(fù)雜, 在8.7km2內(nèi)發(fā)育275條斷層、221個(gè)斷塊。選取明一西開發(fā)單元上的單井儲層物性、產(chǎn)出液礦化度、氯離子等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,該區(qū)塊儲層巖性主要是長石砂巖,碎屑顆粒成分以石英和長石為主,膠結(jié)物主要為泥質(zhì)和碳酸鹽,儲層中碳酸鹽膠結(jié)物結(jié)構(gòu)為已結(jié)晶的灰質(zhì)和白云巖。在了解了地層儲層物性后對產(chǎn)出水分析,發(fā)現(xiàn)地層水原始礦化度非常高,達(dá)到了6.72×104mg/L以上,產(chǎn)出水型為氯化鈣型水[1]。當(dāng)水中的礦物質(zhì)含量超過其飽和溶解度時(shí),鈣(鎂)離子和酸根離子(統(tǒng)稱成垢離子)就會析出形成方解石并粘附在器壁上生成水垢,同時(shí)水垢也在不斷地溶解成離子重新回到溶液中;當(dāng)離子析出形成水垢的速度快于水垢溶解成離子的速度時(shí),垢層厚度逐漸增長;當(dāng)兩者速度相等時(shí),垢層厚度不再增長,反之垢層厚度逐漸減少[2]。

通過對儲層物性、產(chǎn)出液污水、管線垢樣的綜合分析認(rèn)為,明一西區(qū)塊集輸管道結(jié)垢主要是由于產(chǎn)出液中的鈣、鎂離子含量高形成的碳酸鹽和地層砂在管線內(nèi)壁膠結(jié)后形成的砂垢。

由于文明寨油田的原油開采已進(jìn)入了高含水期,隨著產(chǎn)出液含水的不斷上升,集輸管道結(jié)垢現(xiàn)象日趨嚴(yán)重,管道結(jié)垢后管道縮徑,流通截面積變小或堵塞,導(dǎo)致系統(tǒng)外輸壓力升高,高壓運(yùn)行容易引發(fā)管道穿孔,造成大量的油氣泄漏、給油田生產(chǎn)帶來損失,甚至由于穿孔隱患導(dǎo)致火災(zāi)事故的發(fā)生。另外管道結(jié)垢還會誘發(fā)管道局部腐蝕,也會導(dǎo)致管道局部滲漏甚至穿孔頻繁發(fā)生。確保安全生產(chǎn),合理有效地預(yù)防、清除結(jié)垢,成為集輸生產(chǎn)中急需解決的現(xiàn)實(shí)問題。

2 廣譜感應(yīng)水處理器除垢原理

物理法防垢技術(shù)的防垢機(jī)理是應(yīng)用某些物理儀器設(shè)備的功能抑制垢的形成,主要有超聲波處理和磁處理2種方法[3]。物理法防垢是阻止無機(jī)鹽沉積于系統(tǒng)壁上,允許無機(jī)鹽在溶液中形成晶核甚至結(jié)晶,但要求這種結(jié)晶懸浮于溶液中不粘附于系統(tǒng)的器壁上。其中磁場效應(yīng)防垢技術(shù)在可能成垢的水體外加強(qiáng)磁場,可影響水溶液中離子間的吸引力,改變無機(jī)鹽的結(jié)晶條件,阻止晶體析出沉淀。受磁場效應(yīng)防垢技術(shù)的啟發(fā),筆者利用廣譜感應(yīng)水處理器對管線進(jìn)行防垢處理。

1)防垢原理 廣譜感應(yīng)水處理器正是基于物理法防垢(電磁防垢)的原理,適用于碳酸鈣(鎂)、硫酸鹽和硅酸鹽等。廣譜感應(yīng)水處理器通過主機(jī)產(chǎn)生一個(gè)頻率、強(qiáng)度都按一定規(guī)率變化的感應(yīng)電磁場。該電磁場使水中的成垢離子結(jié)合成大量的文石晶核,當(dāng)水中礦物質(zhì)含量超過水的飽和溶解度時(shí),成垢離子就會析出并優(yōu)先生長在這些晶核上形成文石晶體,這樣向器壁上析出水垢的趨勢被轉(zhuǎn)化成向懸浮在水中的大量文石晶核上析出形成文石晶體,這些文石晶體的粘附性很弱,呈松軟絮狀,懸浮在水中,很容易被水流沖走,這樣就達(dá)到了防垢的目的。

2)除垢原理 管壁上已經(jīng)形成的垢同時(shí)在不斷的向水中溶解,在廣譜感應(yīng)水處理器的作用下,成垢離子向器壁上的析出變成向懸浮在水中的大量文石晶核上析出,即大量的文石晶體析出取代了方解石晶體析出,原水垢逐漸溶解,由于溶解速度不均,垢會變得疏松并脫落,被產(chǎn)出液沖走。

3)緩蝕機(jī)理 水銹在感應(yīng)電磁場的作用下被清除后,在管道內(nèi)壁形成一層金屬氧化膜,這層氧化膜會阻止新的水銹生成,防止了管道內(nèi)壁腐蝕穿孔。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)

在明一西區(qū)塊結(jié)垢比較突出的明三輸油干線進(jìn)行試驗(yàn),選取輸油干線中間的明7號站作為試驗(yàn)儀器安裝點(diǎn),將廣譜感應(yīng)水處理器的線圈纏繞在管道外壁上,通過廣譜感應(yīng)水處理器主機(jī)給管線外增加一個(gè)磁場,對管線實(shí)施清防垢操作。

明三輸油干線在未使用物理法(電磁防垢)防垢技術(shù)前,每半年需要機(jī)械射流清垢一次,垢厚都在3cm以上,給生產(chǎn)帶來很大的影響。通過在明三輸油干線明7號站安裝廣譜感應(yīng)水處理器后,集輸干線各計(jì)量站外輸壓力保持穩(wěn)定,特別是終端站外輸壓力一直保持在0.8MPa左右,與管線正常生產(chǎn)時(shí)的壓力保持一致,其他幾個(gè)沿途站壓力都保持在一個(gè)穩(wěn)定的壓力狀態(tài),即便是冬季生產(chǎn)氣溫下降的情況下各站壓力及整個(gè)外輸壓力都保持平穩(wěn)。

圖1 使用前管道內(nèi)壁結(jié)垢

圖2 使用后管道內(nèi)壁結(jié)垢

通過應(yīng)用廣譜感應(yīng)水處理器,使用2年內(nèi)沒有出現(xiàn)因外輸壓力高而實(shí)施的管線清垢情況,也沒有出現(xiàn)垢下腐蝕造成的管線滲漏和穿孔現(xiàn)象發(fā)生,這說明管線內(nèi)沒有形成新的垢,砂垢沒有在管線內(nèi)壁結(jié)成高低不平的垢峰而導(dǎo)致壓力升高。在使用物理法(電磁防垢)防垢技術(shù)1年左右時(shí)對管線實(shí)施了檢測,管線內(nèi)壁垢只有薄薄的一層,沒有明顯凹凸起伏的垢形成,物理法(電磁防垢)防垢技術(shù)得到了驗(yàn)證,具體效果如圖1和圖2所示。

4 結(jié)論與認(rèn)識

1)物理法(電磁防垢)技術(shù)對文明寨油田高礦化度形成的結(jié)垢有明顯的緩解作用。

2)利用物理法(電磁防垢)技術(shù)可以使管道內(nèi)已形成的垢逐漸溶解,保持集輸干、支線壓力逐漸穩(wěn)定。

3)廣譜感應(yīng)水處理器安裝簡單、便于操作和管理,可以在各油井進(jìn)行進(jìn)一步的試驗(yàn)和應(yīng)用推廣。

[1]蔡愛斌,吳建軍,侯德霞,等.中原油田回注水結(jié)垢問題分析[J].石油化工腐蝕與防護(hù),2004,21(2):62-64.

[2]徐慶磊,彭波.管道結(jié)垢原因分析[J].油氣儲運(yùn),2008,27(1):60-61.

[3]陳志剛,梅平.油田水結(jié)垢及其預(yù)測軟件的應(yīng)用[J].石油儀器,2001,15(2):25-29.

[編輯]洪云飛

TE358

A

1673-1409(2014)26-0116-02

2014-03-23

郭亞強(qiáng)(1981-),男,工程師,現(xiàn)主要從事采油及集輸技術(shù)管理方面的研究工作。