柳佳辰（中國石油大學(xué)）

高凝油摻水管網(wǎng)阻垢工藝現(xiàn)場試驗

柳佳辰（中國石油大學(xué)）

針對油田高凝油摻水管網(wǎng)系統(tǒng)特定水質(zhì)，分析了摻水系統(tǒng)污水的水質(zhì)特點和垢樣組成成分，明確其腐蝕結(jié)垢原因。通過開展藥劑配方的篩選復(fù)配，篩選出了具有緩蝕、阻垢和乳化分散功能的高效阻垢劑，為驗證其現(xiàn)場應(yīng)用效果，完成了現(xiàn)場試驗工藝設(shè)計和加藥裝置的制造安裝，開展了油田摻水管網(wǎng)現(xiàn)場阻垢試驗，設(shè)計了高凝油摻水管網(wǎng)緩蝕阻垢方案。通過現(xiàn)場試驗，減化了管道及加熱爐的結(jié)構(gòu)，降低摻水壓力1%左右，提高加熱爐熱效率5%以上。

高凝油摻水管網(wǎng)阻垢節(jié)能

遼河油田作為國內(nèi)最大的高凝油生產(chǎn)基地，油井地面集輸系統(tǒng)都采用雙管摻水伴熱，所摻熱水是將原油伴生的污水脫出軟化后再次利用。由于污水的性質(zhì)不同，一些污水雖然經(jīng)過一系列處理，但水質(zhì)仍然較差，其顯著的特點就是總堿度高，含有大量的鈣、鎂等易結(jié)垢離子和氯、硫酸根等易腐蝕離子；在溫度和壓力等條件變化下容易在管道內(nèi)壁析出結(jié)垢并產(chǎn)生垢下腐蝕，每年給油田摻水管網(wǎng)的管理帶來很大困難，浪費了數(shù)百萬立方米的天然氣，造成了巨大的經(jīng)濟損失。

目前，成熟的水處理劑配方對通常條件下的結(jié)垢問題雖有較好處理效果，而一旦應(yīng)用于高溫高壓條件下，阻垢劑就無法達到阻垢緩蝕控制目標(biāo)；因此，需開展此方面研究，解決高凝油摻水管網(wǎng)的腐蝕結(jié)垢問題。

1　結(jié)垢機理

針對油田油井地面摻水管網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)垢問題，通過水質(zhì)和垢樣分析明確結(jié)垢原因，對垢樣進行微觀形態(tài)分析揭示結(jié)垢機理并確定阻垢工藝技術(shù)。采取室內(nèi)靜態(tài)及動態(tài)模擬試驗，篩選復(fù)配適用于高凝油摻水管網(wǎng)系統(tǒng)的高效阻垢劑［1］。

以油田地面摻水管網(wǎng)為對象，采集現(xiàn)場摻水及管壁垢層，測量分析摻水中各項水質(zhì)指標(biāo)：總殘渣量、總?cè)芙夤腆w量、鈣硬度、總硬度、總堿度、總礦化度，以及石油類、SO42-、Cl-、溶解氧和CO2的含量。垢樣組成分析項目包括：含水率、氧化鈣含量、酸不溶物量、灼燒堿量、石油類和總鐵含量，利用電子掃描電鏡（SEM）和X射線衍射（XRD）觀察垢樣表面微觀形態(tài)和主要化學(xué)組成，明確結(jié)垢原因并根據(jù)結(jié)果選擇阻垢方法。通過對高凝油摻水管網(wǎng)的污水水質(zhì)和垢樣成分分析，確定了高凝油摻水管網(wǎng)結(jié)垢的主要類型是以碳酸鈣為主的鈣垢和以殘渣為主的油質(zhì)污垢，SEM和XRD結(jié)果顯示垢層的生成方式為晶格增長型（圖1）。

圖1　加藥前后垢樣SEM照片（放大倍數(shù)10000）

針對腐蝕結(jié)垢原因，篩選復(fù)配出具有阻垢、緩蝕和分散功能的阻垢劑，阻垢劑主要由聚磷酸鹽、鋅鹽、有機磷羧酸、有機膦酸和乳化分散劑組成。該阻垢劑阻垢效果好、鈣容忍度高、熱穩(wěn)定性優(yōu)良，并與油田水中化學(xué)物質(zhì)配伍性較好。動態(tài)模擬實驗結(jié)果表明，即使在95℃高溫下阻垢率和緩蝕率均能保持98%以上。

2　現(xiàn)場試驗

在實驗室完成了藥劑篩選及復(fù)配試驗，對復(fù)配阻垢劑阻垢性能進行評價后開始進行現(xiàn)場應(yīng)用試驗。根據(jù)實驗結(jié)果進行現(xiàn)場選址，并設(shè)計制造配套試驗設(shè)備，調(diào)整現(xiàn)有管路，架設(shè)試驗對照管線，完成了試驗裝置的安裝及調(diào)試。

針對高凝油摻水的典型結(jié)垢，采用的阻垢工藝集投加阻垢劑與性能評價于一體，設(shè)置對照管線來測定阻垢率以真實地反映阻垢劑的應(yīng)用效果。利用自主設(shè)計制造的阻垢裝置在現(xiàn)場進行了為期3個月的中試試驗。評價結(jié)果表明，投加阻垢藥劑后管線的結(jié)垢厚度不超過原來的35%，阻垢緩蝕率達到96%，中試結(jié)果驗證了方案能夠阻止油田摻水管網(wǎng)結(jié)垢腐蝕的有效性。

可以在不改變原有摻水管線基礎(chǔ)上加裝該阻垢工藝，通過投加藥劑減少系統(tǒng)的結(jié)垢程度，延長管線清洗周期，為生產(chǎn)管理提供有力的技術(shù)支持，進而減少因結(jié)垢帶來的經(jīng)濟損失，保障生產(chǎn)正常運行。

3　效果

管網(wǎng)及加熱爐的結(jié)垢速度不到原來的三分之一，降低管網(wǎng)壓力1%左右，加熱爐酸洗由每年1次可改為3年1次，管線酸洗由3年1次改為10年1次，平均加熱爐熱效率提高5%以上。平均每年節(jié)約酸洗費13萬元，減少更新管線費用、加熱爐費用10萬元，年節(jié)約天然氣10.1×104m3，價值6.2萬元，扣除加藥費1.5萬元，合計節(jié)約資金27.7萬元。

4　結(jié)論

1）新型阻垢劑的研制使用，解決了一般阻垢劑在高溫環(huán)境中阻垢率低和易分解等缺點，適用于油田水高鈣、高含油以及含有多種聚合有機物的特點。

2）自主設(shè)計的阻垢裝置打破了傳統(tǒng)的掛片法或拆卸原油管線法，利用對照管線評價阻垢效果，不會對摻水系統(tǒng)造成破壞，集投加阻垢劑與阻垢效果評價于一體，使裝置占用空間小，作業(yè)效率更高。

3）新型阻垢工藝經(jīng)濟可行，能夠有效解決高凝油摻水管網(wǎng)的結(jié)垢問題。

［1］齊冬子.敞開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的化學(xué)處理［M］.2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：16-18.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.002.005

2015-11-20）

柳佳辰，現(xiàn)就讀于中國石油大學(xué)（北京）（石油工程專業(yè)），E-mail：394133936@qq.com，地址：北京市昌平區(qū)府學(xué)路18號潤杰公寓1號樓450室，102200。