吳澤美，孫玉民，王鵬舉，劉萬斗，梁璟（中石油華北油田分公司第五采油廠，河北 辛集 052360）

崔延杰，偉娜（中石油華北油田分公司采油工程研究院，河北 任丘 062552）

張玉珍（中石油華北油田分公司勘探開發(fā)研究院，河北 任丘 062552）

華北油田第五采油廠晉95站、深一聯合站、趙一聯合站3座污水站承擔4500m3／d的油田污水處理任務，采出污水礦化度高，未處理的污水腐蝕率最高達到0.4mm／a，對注水管網造成嚴重的腐蝕結垢。傳統的防腐防垢方法是在污水處理中加緩蝕阻垢劑、殺菌劑等，藥劑成本高，難以達到注水水質控制標準［1］。為此，筆者對恩曼CPRS技術在油田污水處理中的應用進行了研究，以便為油田開發(fā)提供參考。

1 恩曼CPRS技術原理

恩曼CPRS技術的核心是由銅、鋅、鎳等多種金屬組成的合金工具在與流體接觸時，導致流體的靜電動勢發(fā)生改變，進而改變了流體中各種粒子間的作用力，最終減少固相粒子的形成。流體中已經存在的各種固相粒子會處于穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，隨流體運移，在管壁不易吸附沉積。研究表明，在銅鋅合金的作用下已經形成的碳酸鈣垢會由方解石向文石轉變，方解石外形規(guī)則容易沉積，而文石呈不規(guī)則針形結構［2］，不易在管壁沉積吸附，這樣會使已經形成的方解石型碳酸鈣垢逐步被疏松剝離［3］。

鐵腐蝕的電化學反應是鐵原子失去2個電子變成Fe2＋，恩曼CPRS技術的原理在于合金材料中的活潑金屬（鋅）提供電子到流體中，鋼鐵表面被電子覆蓋，使鐵原子變成Fe2＋的陽極反應不能發(fā)生，從而抑制鐵腐蝕［4］。

圖1 恩曼CPRS合金片

圖2 恩曼CPRS現場安裝圖

在油田污水處理中把恩曼合金工具設計成多孔形狀（見圖1），這樣可以增加合金與流體的作用面積。此外，該工具可通過法蘭連接在注水管道中（見圖2），且工作時不需要供電，安裝維護方便［5］。

2 污水水質特點及主要處理工藝

華北油田第五采油廠進入高含水開發(fā)期，污水處理量逐年攀升，對采出地層水要求做到全部處理并回注，這對油田注水工作提出了更高的要求。該采油廠3個主要污水處理站的水質數據如表1所示。

表1 污水水質數據表

從表1可以看出，該采油廠3個主要污水處理站存在不同程度的腐蝕結垢問題。根據現場調查統計，2013年僅晉95站所屬注水管網就發(fā)生腐蝕穿孔28次，深一聯合站、趙一聯合站腐蝕更為嚴重。室內數值模擬3個主要污水處理站的污水都有結垢趨勢。取現場垢樣分析，其主要成分為碳酸鈣垢［6］。表2列出了3個主要污水處理站的污水處理方式。從表2可以看出，3個主要污水處理站的污水經過過濾處理，機械雜質和污油含量都控制在水質指標以內［1］，但是腐蝕結垢仍然存在。頻繁的穿孔補漏及清垢作業(yè)不僅增加了生產成本，影響平穩(wěn)注水，同時也存在安全隱患，因而注水系統的防腐防垢工作是油田注水開發(fā)的重要環(huán)節(jié)。

表2 主要污水處理工藝

3 現場應用情況

2014年3月，恩曼CPRS裝置首先在晉95站投運，晉95站日處理污水1500m3，對應注水井27口。恩曼CPRS裝置的作用距離為5km［7］，根據注水管網的長度，在注水系統的低壓區(qū)（注水泵前）、高壓區(qū)（注水泵后）不同節(jié)點安裝合金工具（見圖3）。低壓區(qū)安裝在過濾器后，高壓區(qū)安裝在配水間內。低、高壓區(qū)恩曼CPRS裝置的合金片性能相同，外殼承壓級別不同。如果注水井距低壓區(qū)恩曼CPRS裝置的距離超過5km，在配水間內該井管線上加裝恩曼CPRS裝置（見圖4），如果不超過5km則不加。

現場施工完畢，對注水系統各節(jié)點的腐蝕結垢情況進行連續(xù)監(jiān)測，腐蝕率測試采用現場掛片方式，恩曼CPRS技術處理前掛片位置設在污水沉降罐，處理后掛片位置選取了不同距離的3口注水井，掛片時間為60d，結垢情況由加裝在管線上的短接觀察。表3是晉95站加裝恩曼CPRS系統后進行2輪監(jiān)測的數據。從表3數據可以看出，處理前污水腐蝕率超標，經過恩曼CPRS裝置處理后，污水腐蝕結垢情況均有好轉。3口井緩蝕率都在75%以上，高于緩蝕劑緩蝕率標準［8］，處理后污水腐蝕率都在0.076mm／a以下，達到油田注入水水質標準。拆開管線上安裝的短接，內壁光滑無垢，鄰近短接原有管線內壁的老垢有疏松跡象，說明恩曼CPRS裝置不僅抑制了污水中新垢的生成，對已經形成的垢通過破壞其晶格鍵，將垢還原成離子狀態(tài)，起到了逐步清垢的作用，這個過程相對緩慢，不會造成垢的集中脫落而堵塞管線。同時，從表3還可以看出，采用恩曼CPRS裝置后，隨著距離的延長，緩蝕效果有所減弱。此外，2014年在深一聯合站、趙一聯合站也陸續(xù)應用了恩曼CPRS技術，同時停加緩蝕阻垢劑、殺菌劑，運行1年來效果良好。

圖3 恩曼CPRS裝置安裝位置示意圖

圖4 配水間恩曼CPRS裝置安裝圖

表3 采用恩曼CPRS裝置處理污水腐蝕結垢情況統計表

4 結論與建議

1）恩曼CPRS裝置不需要能源消耗，安裝維護簡單，防腐防垢效果顯著，相比于化學加藥方式，其經濟效益顯著，在油田污水處理中有廣闊應用前景。

2）恩曼CPRS裝置隨距離延長，其作用效果下降，可以考慮把合金材料做成不同規(guī)格，根據需要安裝在注水管網的相應節(jié)點上，由此提高油田污水處理效果。

3）加強合金材料的國產化研究，降低工具單價，以便更加有利于該技術的推廣。

［1］SY／T5329－2012，碎屑巖油藏注水水質指標及分析方法［S］.

［2］和彥光，王武義，王仲楠，等.合金材料的阻垢機理及實驗研究［J］.材料科學與工藝，2009，17（6）：810～814.

［3］武云龍.加熱爐CPRS除防垢技術［J］.油氣田地面工程，2008，27（6）：81～83.

［4］楊蘭，周勇.水處理用銅鋅合金的研究現狀及進展［J］.熱處理技術與裝備，2014，35（1）：31～33.

［5］恩曼CPRS防蠟防垢防腐蝕系統［J］.中國新技術新產品精選，2007（2）：40～42.

［6］崔延杰，偉娜，張玉珍，等.趙州橋油田油井腐蝕結垢治理實踐［J］.長江大學學報（自科版），2014，11（26）：113～115.

［7］2014版恩曼CPRS防蠟防垢防腐蝕系統［EB／OL］.http：／／www.enmax.com.cn／cn／show.asp？id＝112，2015－01－25.

［8］SY／T5756－1995，SL－2系列緩蝕阻垢劑［S］.