三元復合驅地面工藝除防垢技術

武云龍 大慶油田采油五廠

三元復合驅技術（ASP）產生于上世紀80年代，是指將堿劑（A）、表面活性劑（S）、聚合物P）按一定的比例混合后注入地層，擴大波及體積以達到提高采收率的目的。三元復合驅技術充分提高了各種化學劑效率，并大幅度降低了化學劑尤其是表面活性劑的用量。

大慶油田于1993年和1994年分別在中區西部和杏五區中塊開展了三元復合驅先導性礦場試驗，以確定三元復合驅的技術效果。

1 結垢情況

礦場試驗結果表明，三元復合驅可以大幅度提高原油采收率，但同時注采系統及地層近井地帶結垢現象也非常嚴重，地面管線堵塞及近井地帶的結垢影響了三元復合驅的推廣應用。從現場生產情況來看，配注系統、集輸系統、加熱爐不同程度地出現結垢現象，嚴重影響了油田的正常生產。

（1）配注系統結垢較嚴重，清垢工作量較大。注入設備故障率較高，生產維護成本增加。雖可采取增加一些關鍵設備的備用數量來解決問題，但這樣既增大了工程投資，還會增加運行操作成本。

（2）管線結垢嚴重，致使單井回壓升高，沖洗周期縮短，影響正常產量。如果管線堵塞嚴重，隨之產生的管線維護、更換等相關費用則更加巨大。

（3）加熱爐內部結垢相對較輕。主要問題在于爐內淤積量較大，清淤周期比水驅縮短了1/3，因此應建立完善的清淤制度，保證正常生產。

2 結垢機理

通過對管線垢樣分析可以得出，垢主要是由CaCO3和SiO2沉積而成。

由垢的組成分析，三元復合驅結垢的根本原因是堿（NaOH、Na2CO3）進入儲層，對地層內的巖石和黏土等礦物發生溶蝕和離子交換作用，驅替液在注入井到采出井之間的遷移過程中逐漸被多價陽離子、硅酸根離子和偏鋁酸根離子所飽和。這些無機離子隨著采出液集輸、處理過程中壓力、溫度的變化，析出碳酸鹽、硅鋁酸鹽和非晶質SiO2等固體顆粒，產生了嚴重的結垢現象。

3 除防垢技術

目前油田所用的除防垢技術較為多樣化，主要分為化學方法和物理方法。各類方法的技術日趨先進和成熟，在實際生產應用中，由于采出液及生產工況不同，應用效果各有利弊。

3.1 化學除防垢劑

針對油田的條件和結垢類型，自20世紀30年代以來，除防垢劑經歷了從無機物到有機物，從小分子到高分子聚合物的發展歷程。化學除防垢技術可以應用到結垢生成的各個層面，對結垢部位也沒用太多的限制，目前已經發展成為一種相對有效的防垢技術。油田常用的化學除垢技術主要是酸洗方法除垢。

化學除防垢劑效果最為顯著，此方法受工藝流程限制較小，可對各類復雜的管段進行清洗。該方法在實際應用中存在一定的局限性：藥劑費用較高，會對措施管線、設施以及油層造成一定的污染。所以，有針對性地開展室內化學藥劑篩選是非常必要的。

3.2 物理防垢

（1）空化防垢。目前油田常用的物理防垢技術

主要是使用空化防垢裝置。其原理是：液體進入空化裝置時，由于過水斷面變小使流速瞬間急劇增加，產生高壓變負壓過程。當流體局部壓力低于飽和蒸汽壓時，液體開始汽化，并在流體中產生許多微小的氣泡，這一現象稱為空化效應。在地面系統的注入端、采出端安裝了空化防垢裝置，形成了封閉循環防垢系統，如圖1所示。2009年，某三元站應用空化防垢裝置，運行一年沒有出現大規模的結垢現象，從拆卸下來的管線看，管壁內無垢或僅有少部分淺黃色的垢質。但運行兩年后，安裝該裝置的12口井開始出現回壓升高，回油溫度降低現象。空化裝置拆卸后，對管線切割，發現有大量松軟泥沙。由于泥沙堵塞空化裝置，使其失去防垢作用。

圖1 空化防垢裝置原理

（2）高壓射流。高壓射流是指通過高壓泵或增壓器將普通壓力的水轉化為高壓水，高壓水通過高壓噴嘴將高壓低流速的水轉化成低壓高流速的射流，高壓水射流作用在物體表面，破壞物體表面結垢狀態，從而達到清污的效果。此方法是油田使用最為普遍的除垢技術之一。

（3）空穴射流除垢。空穴射流技術是運用流體力學中的“空穴效應”原理，通過清洗器，在壓力水流作用下，引導水流在管線中形成連續移動的低壓區，由此產生的微氣泡迅速被壓縮至崩裂，瞬時射出強力的微射流，從而清洗污垢。2012年，某轉油站管道利用空穴射流處理后，單井回壓平均下降0.15MPa，站間摻水壓差由0.5 MPa下降到0.1 MPa，清洗后的效果較好，可以滿足生產需求。該技術施工簡便，除垢時間短且徹底，只要管線不被淤積物堵死，就可對管線進行除垢。缺點是只能對無支線的管線進行除垢，如單井管線、站間干線；計量間及站內工藝管線由于流程復雜而無法實施空穴射流除垢。

4 結語

（1）化學防垢劑在油田應用的過程中效果最為顯著。由于計量間和脫水站內工藝管線規格、走向復雜，常規清淤除垢技術無法實施，建議采用化學清洗的方法。

（2）物理防垢技術具有成本低廉、操作簡便、對環境污染小等優點，缺點是效果不明顯，作用周期長，作用距離短，不能有效根治結垢問題，適合作為輔助的除防垢方式。

（3）由于油田水質多樣，僅靠單一的手段難以達到除防垢要求，多種技術共同使用，發揮各自的優勢，協同作用是未來油田防垢的發展趨勢。