楊曉艷 霍國慧

摘 要：目前，塔河油田部分單井開采進入了一個注水開發(fā)階段，部分單井生產(chǎn)原油含水量高，水中成垢離子含量高，導(dǎo)致原油集輸管道化現(xiàn)了不同程度的結(jié)垢現(xiàn)象。在管道的運行中，結(jié)垢現(xiàn)象不但會增加輸送能耗，而且需要停產(chǎn)維修、更換設(shè)備，導(dǎo)致運行成本增加且影響油田產(chǎn)量。近年來，由于結(jié)垢問題塔河油田集輸系統(tǒng)的運行出現(xiàn)的問題越來越多，這主要是由于集輸管道內(nèi)壁由于產(chǎn)生了結(jié)垢，管壁上的垢物增大了流體的摩阻，于是增大了管道運行的負荷率，致使管道輸送效率降低，增大了原油的輸送能耗。這些問題都嚴重制約著塔河油田高效快速的發(fā)展。因此針對上述情況，開展塔河油田集輸系統(tǒng)防垢很有必要。然而目前國內(nèi)外對油氣田防垢技術(shù)方法有很多種，主要分為化學(xué)方法、物理方法和工藝方法等，針對塔河油田選用何種防垢除垢技術(shù)對于提高塔河油田集輸系統(tǒng)防垢效果非常關(guān)鍵?；诖?，本文在分析了現(xiàn)有的幾種防垢除垢工藝原理及特點基礎(chǔ)上，針對塔河油田集輸系統(tǒng)實際進行了工藝優(yōu)選。通過對各種防垢技術(shù)的分析研究認為：添加防垢劑的化學(xué)防垢法滿足塔河油田集輸系統(tǒng)的防垢要求，決定采用化學(xué)防垢技術(shù)。

關(guān)鍵詞：塔河油田;集輸系統(tǒng);防垢工藝;工藝優(yōu)選

0 前言

塔河油田是中國石化在西部重要的石油、天然氣生產(chǎn)基地，已經(jīng)成為了中國石化在兩部牛產(chǎn)的主力油田。目前，塔河油田部分單井開采進入了一個注水開采時期。部分單井生產(chǎn)原油含水量高，水中成垢離子含量高，原油集輸管道化現(xiàn)了不同程度的結(jié)垢現(xiàn)象。在管道的運行中，結(jié)垢現(xiàn)象不但會増加輸送能耗，而且需要停產(chǎn)維修、更換設(shè)備，增加油田的生產(chǎn)成本，影響油田產(chǎn)量。塔河油田集輸系統(tǒng)的運行工況隨著對油田的不斷開發(fā)，與原來的設(shè)計工況出現(xiàn)了較大偏差。集輸管道內(nèi)壁由于產(chǎn)生了結(jié)垢，管壁上的垢物增大了流體的摩阻，于是增大了管道運行的負荷率，致使管道輸送效率降低，增大了原油的輸送能耗。這些問題都嚴重制約著塔河油田高效快速的發(fā)展。因此，根據(jù)塔河油田水質(zhì)分析數(shù)據(jù)和結(jié)垢資料為基礎(chǔ)，開展集輸系統(tǒng)防垢技術(shù)研究并優(yōu)選最合適恰當?shù)募夹g(shù)刻不容緩。

1 塔河油田結(jié)垢機理分析

受到注入水和地下水化學(xué)不相容等因素的影響，油田在進入注水開采階段后通常會引起地面系統(tǒng)等部位的結(jié)垢問題，給油田正常生產(chǎn)帶來巨大的危害。由于結(jié)垢等問題的影響，通常會造成生產(chǎn)過程中產(chǎn)量下降，集輸管線堵塞等問題。情節(jié)嚴重的可能會導(dǎo)致油井停產(chǎn)甚至廢止，給油田帶來巨大經(jīng)濟損失。塔河油田結(jié)垢可分為兩種情況：

（1）溫度、壓力等熱力學(xué)條件的改變，會改變水中離子平衡狀態(tài)，導(dǎo)致成垢組分的溶解度降低而析出結(jié)晶、沉淀。

（2）離子組成不相容（配伍）的水相互混合而產(chǎn)生沉淀。

在垢物形成的過程中，溶液的過飽和狀態(tài)、結(jié)晶的沉淀與溶解、與表面的按觸時間等是關(guān)鍵因素。其中過飽和度是結(jié)垢的首要條件。過飽和度除與溶解度相關(guān)外，還受熱力學(xué)、結(jié)晶動力學(xué)、流體動力學(xué)等多種因素的影響。

根據(jù)結(jié)垢機理，結(jié)合塔河油田實際情況，主要形成了以下結(jié)論：

（1）塔河油田采出水中包含大量Ca²⁺、HC0₃^-、SO₄^2-等成垢離子。

（2）垢物的溶解度隨著輸送溫度、壓力而變化，微溶鹽或難溶鹽類在單一溶液或混合溶液中形成過飽和。

（3）在過飽和度水溶液中存在晶種，溶液中Ca²⁺等成垢組分在晶體間內(nèi)聚力以及晶體與金屬表面間的粘著力作用下析出晶體。

（4）水中懸浮粒子（如鐵誘、砂地、泥渣等）在較大沉降力和切力作用下形成結(jié)垢。

（5）在塔河油田集輸過程中，管道輸送形成的紊流使水質(zhì)點相互碰撞，流速增加使液流攬合程度増大，沉淀晶體凝聚加劇，促使晶核快速形成。

2.油氣田集輸系統(tǒng)常用防垢技術(shù)

目前，國內(nèi)外對油氣田防垢技術(shù)方法有很多種，主要分為化學(xué)方法、物理方法和工藝方法。其中化學(xué)方法的防垢機理是應(yīng)用化學(xué)防垢劑的某些特性阻止垢的生成;物理方法的防垢機理是應(yīng)用某些物理儀器設(shè)備的功能抑制垢的形成;工藝法的防垢機理是改變或控制某些作業(yè)工藝條件來破壞或減少垢的生成機會。

2.1物理法防垢

物理法防垢主要包括加晶種、超聲波處理、磁處理三種。物理防垢法并不能消除水中的成垢離子，最大的缺點是防垢能力有一定時限，超過了這個時限就完全消失防垢能力。此外，還必須遵循一定的使用方法，有一定的使用范圍，不符合有關(guān)規(guī)定也使防垢作用受影響，甚至無防垢作用。物理防垢設(shè)備適用于結(jié)垢設(shè)備單一的場所，例如鍋爐等。對于塔河油田地面集輸系統(tǒng)這樣復(fù)雜龐大的場所物理防垢設(shè)備的購置安裝費用巨大。由于無法消除水中的成垢離子，在油田水循環(huán)使用過程中會在防垢設(shè)備無法影響的部位結(jié)垢，加之塔河油田各單井產(chǎn)出水中含鹽量均在7000mg/L左右，遠大于物理防垢水溶液含鹽量3000mg/L的要求，很難達到預(yù)期防垢目的。

2.2化學(xué)法防垢

化學(xué)防垢法發(fā)展時間長，在國內(nèi)外得到使用廣泛，收到了良好的防垢效果。主要包括加酸或注CO2以及加防垢劑等?；瘜W(xué)防垢法主要是通過向水中添加化學(xué)藥劑來起到防垢的作用，其有點如下：

（1）可以有效降低水中成垢離子濃度。

（2）可以覆蓋所有易結(jié)垢設(shè)備和部位，適用于塔河油田集輸系統(tǒng)的復(fù)雜環(huán)境。

（3）技術(shù)發(fā)展成熟，適用于各類型的垢物，且可以起到一定的緩蝕作用。

2.3工藝法防垢

工藝防垢最有效的措施是選用正確的注水水源，在混合水溶液中不產(chǎn)生成垢所需的陰、陽離子。在塔河油田生產(chǎn)過程中，由于單井較多，找到各井配伍注水不符合塔河油田實際情況，且在原油集輸過程中仍存在產(chǎn)出水相互混合，產(chǎn)生結(jié)垢的問題，難以保證原油集輸管道的防垢目的。工藝法防垢需要對生產(chǎn)工藝做出調(diào)整，調(diào)整工藝則需要反復(fù)論證、研究，如果工藝調(diào)整不當則會造成巨大的后果，嚴重影響塔河油田生產(chǎn)。

3.塔河油田集輸系統(tǒng)防垢工藝優(yōu)選

鑒于化學(xué)防垢法的優(yōu)點適合于塔河油田集輸系統(tǒng)防垢的要求，因此選擇添加化學(xué)防垢劑的化學(xué)防垢技術(shù)。在實際應(yīng)用中，如果已經(jīng)結(jié)垢，就只能采用化學(xué)或機械的方法進行清垢或除垢。在多種抑制和減緩結(jié)垢的方法中，傳統(tǒng)的化學(xué)酸洗技術(shù)勞動強度大，對油氣管柱、管道和設(shè)備有損害，酸液排放不利于環(huán)境保護，而且對于控制碳酸鹽垢的形成，鋇鍶垢堅硬難溶，在采用酸洗無效的前提下，加入化學(xué)防垢劑防垢技術(shù)是首選。因為它具有成本低、效果明顯的優(yōu)點。此外，可加入防垢劑防止各種垢的生成。在可能產(chǎn)生垢的各種液流中加入整合型防垢劑或抑制型防垢劑，可有效地防止垢的生成。目前各種化學(xué)劑多達數(shù)千種，由于使用某些單一防垢劑后，其化合物共存于水體中可發(fā)生“協(xié)同反應(yīng)”，因此國內(nèi)外又推出了復(fù)配防垢劑。另外，近年來發(fā)展的聚合物防垢物，防垢效果好，熱穩(wěn)定性好，無毒，與其它藥劑相溶性好，對生態(tài)環(huán)境汚染小，而且兼有優(yōu)異的緩蝕及其它性能，所以發(fā)展很快，品種多，應(yīng)用越來越廣。

4.結(jié)束語

結(jié)合塔河油田集輸系統(tǒng)的實際情況，分析了塔河油田集輸系統(tǒng)的結(jié)垢機理，認為塔河油田采出水基本上為CaCI2水型，具有總礦化度高和結(jié)垢離子含量高的特點，生成垢物的主要成份是CaCO3和少量的CaSO4。并在全面總結(jié)了國內(nèi)外各種防垢技術(shù)的優(yōu)缺點，確定采用化學(xué)防垢法作為塔河油田集輸系統(tǒng)的防垢方法

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