油田多層系集輸系統結垢形成研究及預測

馬強

摘 要：目前，油田開采時的注水時間變長，導致油田的采出液含有大量的水，進而導致運輸技術系統中出現大量的結垢現象，集輸系統中這些結垢的產生會對油田中油氣的運輸造成一定的阻礙作用，不僅使運輸效率降低而且也存在著許多安全隱患，本文通過對結垢產生的原因以及結垢預測方法進行了研究，為預防結垢的產生做了可供指導性的作用。

關鍵詞：集輸系統；結垢；趨勢預測；位置預測

中圖分類號：TE866 文獻標識碼：A

隨著我國科技以及經濟技術的快速發展，各類生產對能源尤其是原油的需求也越來越大，為此我國普遍采用多層系復合開發的方式開采原油，以此提高原油的開采率，但是這種多層系集輸系統在開采過程中會注入大量的水，這種大量的油田水會造成集輸系統一些設備內部結垢，另外采油和運輸油的過程中壓力和溫度的變化也會導致大量無機鹽析出結垢，這些因素直接導致了油田不能高效采出，造成了大量的經濟損失，為了保證油田的穩產、增產，合理有效的預防、清楚結垢，能夠為油田開發中不容忽視的亟待解決的一個最重大問題。

一、 油田結垢形成的主要條件

（一）溫度對結垢的影響

鈦酸鎂、碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇這些物質是油田結垢中最常見的物質，溫度對這些物質的溶解度的影響很大，因為它們具有和其他物質不同的溶解特性，溶解度和溫度成反比，及溫度越高溶解度越低，此時會有更多的物質以結晶的形式析出來；溫度越低溶解度越高，這些物質就會以相對穩定的狀態存在。因此在油田加熱的一些環節，比如熱水管線及加熱爐這些溫度比較高的地方，碳酸鎂及碳酸鈣這些碳酸鹽垢非常容易形成。

（二）壓力對結垢的影響

難溶物質的溶解度常常用平衡常數溶度積用2§表示。 b與壓力P、溫度T的關系為dlnKsp=（AH/RT2）d丁一（AV/T）dP ，碳酸鈣和硫酸鈣的溶解和壓力成正比。及壓力越大溶解度越大壓力越小溶解度越小，但是有相關研究表示壓力這一因素在油氣集輸系統中變化不大，因此在公式計算過程中可以互略壓力的影響，由此上式可以簡化為dlnKsp/dT=fiJ-I/RT2 ，通過公式可以理論性的判斷出壓力沒有對油氣集輸系統中的結垢現象產生大的影響。

（三）pH值對結垢的影響

pH值主要會對碳酸鈣的溶解度產生一定的影響，碳酸鈣的溶解度與pH值的大小成反比，及溶液pH值越高碳酸鈣的溶解度越低，此時析出的碳酸鈣沉淀較多；溶液的pH值越小碳酸鈣的溶解度越高，處于相對穩定的狀態。但是有一定的研究數據表示，硫酸鈣這些硫酸鹽受pH值的影響不大，因此在pH值較高時會有碳酸鈣沉淀析出，太低時會有Ca（OH）這些堿性鈣的析出，由此可以得出溶液的pH值應控制在一個相對合適的范圍之下，才能有效減少結垢的形成。

（四）油氣對結垢的影響

在一般情況下，油氣存在對集輸系統內的結垢影響不大。但是如果系統中存有較多的C02，系統的結垢性就有可能增大。因此要降低油氣集輸系統中C02的存在。

（五）溶液組分變化對結垢的影響

溶液組分的變化對集輸系統結垢的影響較大，溶液由結垢成分和非結垢成分組成，在一定范圍內，碳酸鈣、硫酸鋇、硫酸鈣這些物質的溶解度會隨著溶液非結垢鹽濃度的增加而增大。溶液中非結垢鹽增加時析出的晶體減少，由此可見當溶液中非結垢鹽的濃度降低時在油氣集輸系統的某些部位會有結垢產生，另外也不是非結垢鹽的濃度高了好，當非結垢鹽的濃度過高時對加入的防垢劑有一定的限制作用，因此要準確掌握非結垢鹽的變化情況才能做到有效的控制進一步降低結垢的形成。

二、結垢對于運輸系統的影響：

（一）因為結垢是在運輸裝置內部積聚起來的一層固態物質，因此會從一定程度上降低水流的面積，結垢使水在流動程度上有了一定的阻礙并降低了水流原本的輸送能量。增加了消耗的能量降低了生產能力。

（二）結垢也會使傳輸設備和管道局部結成的垢下面發生腐蝕，同時由于結的垢是在管道等這些金屬表面，使得操作人員添加的緩蝕劑不能充分與金屬表面接觸，緩蝕劑的功效發揮受到了很大阻礙，減低了緩蝕的效果。

（三）化學結垢經常會造成沉積物堵塞井眼、閥門等這些相對來說直徑短的設施，導致產油的井下泵發生阻塞，使地面的一些設備受到運轉上的限制。

（四）當結垢較多并沒有及時清理時，井內的壓力會大大增加，可能會出現管道爆炸的現象，造成的潛在隱患很大。

三、判斷有無結垢存在的方法

以下預測公式中各字母代表的意義為SI為碳酸鈣的結垢指數；pH為集輸系統中實際的pH值；pHs CaCO3達到飽和時的pH值；K為與離子強度、溫度等有關的修正系數。在（一）中pAlk代表總堿濃度的負對數，K=pK2-pKsp，其中K2為碳酸氫跟的電離常數；Ksp為碳酸鹽的溶度積。pCa代表鈣離子濃度的負對數。

（一）Davis-Stiff飽和指數法：這個飽和指數法是依據油氣集輸系統中的熱力的影響，是朗格利爾根據碳酸鈣的溶解平衡提出的一個熱飽和指數法，他的有關預測公式為 SI=pH-pHs=pH-（K+pCa+pAlk）

其碳酸鈣是否結垢的判斷標準為：若SI<0，不結垢；SI=0處于平衡狀態；SI>0有結垢現象。

（二）Ryznar穩定指數法：羅茲那根據飽和指數的含義，提出了穩定指數概念，預測方程式如下：SAI=2pHs-pH=2（K+pCa+pAlK）-pH

結垢得判斷標準為：SAI>6，沒有結垢的現象；SAI<6，有結垢的現象；SAI<5，結垢現象比較嚴重。

四、結垢預測發展及展望

根據上文的敘述也可以知道，當代人們利用先進的科學儀器和先進設備，逐漸發現了結垢的一些數學模型，運用這些數學模型可以對結垢周期與結垢部位進行預測，操作人員就可以采取合理的措施處理結垢并預防結垢的形成，降低一定的經濟損失。另外根據每個油氣田的基本情況不同也應該提出合適的預測方法，才能有效的減少結垢現象的產生，為我國的油氣工程創造良好的收益。

參考文獻

[1]付亞榮，等.神經網絡用于油田地面集輸管道結垢預測[J].西南石油學院學報，1999（02）：68-69.

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