元十七增站內集輸管線結垢治理效果分析

譚旭，王加一，黃純金，楊耀春，吳冬旭

（中國石油長慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽745600）

元十七增站內集輸管線結垢治理效果分析

譚旭，王加一，黃純金，楊耀春，吳冬旭

（中國石油長慶油田分公司第十采油廠，甘肅慶陽745600）

隨著區塊綜合含水的上升，元十七增站內集輸管線結垢現象日趨嚴重，嚴重影響了站內集輸的正常運行；通過對結垢機理的分析，確立實施了一系列的結垢治理措施，在整個結垢治理的過程中不同方式的治理措施的現場應用效果差異較大，通過對應用的五種防除垢治理措施現場應用效果的對比和站內集輸管線各節點結垢情況的分析，為后期管線結垢治理選擇經濟有效的除垢方式提出合理建議，真正做到管線結垢得以有效治理，從而確保站內集輸正常運行。

結垢治理；對比；建議

元十七增壓站是一座集單井來油計量、油氣分離、原油存儲加溫加壓外輸為一體的綜合性增壓站。該站于2012年10月底建成投運，投運初期日產液109.94 m3，日產油69.09 t，綜合含水25.2%，站內各項集輸參數運行正常，其中總機關壓力為0.15 MPa。隨著區塊開發時間的延伸，區塊綜合含水逐漸上升，至2013年3月，日產液98.36 m3，日產油43.04 t，綜合含水47.9%，總機關壓力上升至0.3 MPa，超出系統設計壓力；運行至2013年5月，總機關壓力突升至0.5 MPa，站內收球率明顯下降，所有投球管線開始長期收不到球，在對收球筒拆卸清理時發現管線內壁結垢嚴重，管壁結垢厚達3 cm左右，為保證站內集輸運行正常，隨后采取了多種手段進行不間斷的站內集輸管線結垢治理。在對站內集輸流程各節點管線進行歷次除垢作業時發現，總機關混進匯管-收球筒進口段流程結垢最為嚴重，是引起站內系統壓力上升的主要原因，并且該處管線結垢周期較短，其他節點處結垢情況輕緩，以下將站內各節點管線結垢情況列于（見表1）。

表1　站內各節點管線結垢情況對比表

1　結垢原因機理分析

1.1結垢機理研究

1.1.1垢樣化學成分分析2014年4月將元十七增總機關垢樣送外進行化驗分析，根據SY/T5516-2000《碳酸鹽巖石化學分析方法》對元十七增總機關垢樣進行分析，XRD測試結果為：鋇天青石（Ba，SrSO4）-95%，石膏（CaSO4·2H2O）-5%；SEM能譜測試結果為：Ba元素含量約27%，Sr元素含量約10%，且Ks（BaSO4）= 1.1×10-10，Ks（SrSO4）=2.8×10-7，綜合判定該垢樣以BaSO4為主，少量的SrSO4垢。

1.1.2結垢形成過程分析由于元286區開發層系長8儲層自身含有Ba、Sr離子，該區塊注水井注入水水型為Na2SO4，富含SO42-，元286區投產初期由于配套注水井注水強度過大，導致部分油井注入水后含水上升。各井組的來液通過井組管線最終匯集至總機關的混進匯管，此時由于來液中的Ba、Sr離子和SO42-含量較高，達到了其生成BaSO4、SrSO4的濃度條件，隨著時間的延長，生成的鋇鍶垢不斷地在管線內壁附著，管線內徑逐漸變小，加之總機關混進匯管至收球筒進口段存在變徑（由大變小），致使清蠟球通過受阻，最終總機關壓力上升。

2　管線結垢治理歷程及效果

2.1管線結垢治理歷程

從2013年4月針對管線結垢現狀實施了一系列的管線結垢治理措施，其中應用到的治理措施包括：CPRS地面系統防垢裝置、高壓射流除垢、超聲波脈沖防垢除垢裝置、站內投加阻垢劑以及人工物理除垢等五種治理手段。以下是元十七增站內集輸管線結垢治理歷程示意圖（見圖1）。

圖1　元十七增站內集輸管線結垢治理歷程示意圖

2.2五種防除垢治理方式應用情況

2.2.1CPRA地面系統防垢裝置元十七增站內安裝的CPRA地面系統防垢裝置規格為“3×4”變徑直管式防垢器，工作壓力等級為0～2.5 MPa，內置芯片為6片。該裝置中所配置的芯片為一種特殊合金材料，其成分包括銅、鋅、鎳等，其工作原理則是這種特殊材料當與流體接觸時能起到一種特殊的催化體作用；多種金屬合金材料作為一種特殊催化體，可以使所接觸流體的靜電位發生改變，從而使流體中各種物質分子之間結合力場發生改變；使固相顆粒處于懸浮分散狀態，抑制蠟、垢腐蝕的形成。

2013年4月中旬，CPRS地面系統防垢裝置作為第一種結垢治理手段開始應用，安裝部位為收球筒出口端管線上，安裝初期總機關壓力為0.4 MPa，安裝運行近20 d后，管線結垢趨勢未得以緩解，總機關壓力繼續上升，在對CPRS地面系統防垢裝置芯片清洗時發現內置芯片表面結垢嚴重，芯片慮孔大部分被堵實，經清潔處理后將芯片數量減少至3片，裝置再次安裝運行近40 d左右后總機關壓力繼續上升至0.6 MPa。在后期管線除垢清理的過程中發現除垢裝置前端管線結垢程度普遍比后端管線嚴重，結合后期站內集輸系統運行情況來看，該裝置的防除垢作用效果不理想，只對后端短距離管線段起作用，對前端管線無效果，未能起到延長站內管線除垢周期的效果。

2.2.2高壓射流物理除垢高壓射流物理除垢的原理是用高壓泵打出高壓水，并使其經管子到達噴嘴再把高壓低流速的水轉換為低壓高流速的射流，然后射流以其很高的沖擊動能，連續不斷地作用在被清洗表面，從而使垢物脫落，達到清洗目的。整個作業過程運用設備主要有清蠟熱洗車（提供高壓柱塞泵和動力部分）、噴嘴、高壓軟管、配水罐車等。按照現場作業施工的要求工作壓力控制在20 MPa～25 MPa左右。高壓射流物理除垢是用普通清水于高速度下的沖刷清洗，所以具有不污染環境，不腐蝕設備，清洗效率高，并且操作簡單的優點，缺點在于高壓施工作業安全風險較大，對設備的承壓性能要求高，此外作業施工費用較高。

2.2.3超聲波脈沖防垢除垢裝置超聲波脈沖防垢除垢裝置的防垢、除垢機理屬于純物理特性，既將超音頻脈沖電信號功率放大后經磁致轉換器產生的超音頻脈沖機械振動，并有效的傳輸到結垢的部位，使之分散、粉碎、松散、松脫而不易附著管壁形成積垢，從而達到防垢、除垢的目的。防垢、除垢設備由超音頻脈沖信號源、功率放大器、磁致轉換器、直流工作電源四大部分組成。

鑒于CPRS地面系統防垢裝置應用效果不理想，外雇專業化隊伍進行高壓射流物理除垢周期短，費用高的問題，為進一步加強管線結垢治理，于2013年10月底引進超聲波脈沖防垢除垢裝置，在1#、2#加熱爐進出口及緩沖罐進出口等部位總共安裝了5臺超聲波脈沖防垢除垢裝置，對管線進行實時防除垢，緩解站內系統壓力上升的趨勢。但通過安裝應用的效果來看，超聲波脈沖防垢除垢裝置對管線清防垢作用效果不明顯，安裝初期總機關壓力0.3 MPa，至2013年11月底，總機關壓力再次上漲至0.4 MPa～0.5 MPa，站內管線后期的除垢周期依然未見延長。至2014年7月，站內2具加熱爐一次加熱進口出現壓力不一致及1號加熱爐出口油溫低現象，后經排查發現加熱爐盤管結垢嚴重，2號加熱爐一次加熱進口管線結垢嚴重，完全堵實；1號加熱爐一次加熱進口管線同樣結垢嚴重，但未堵實。后將2具加熱爐一次加熱進出口端管線及加熱爐盤管更換后恢復正常集輸及加熱工作。

2.2.4站內投加阻垢劑考慮到物理除垢方式對元十七增站內管線防除垢效果維持周期較短，大部分只能起到了短階段緩解作用的原因，于2014年5月28日開始對元十七增實行站內投加阻垢劑，初期阻垢劑型號為CQ-ZG01，投加濃度為70 mg/L，初期投加點為總機關混進匯管出口端，應用過程中效果不明顯，至7月底更換新型阻垢劑CQ-ZG02，運行為期半個月左右后，總機關壓力依然出現上升趨勢。至8月上旬，總機關壓力突升至0.5 MPa，后經對收球筒清垢處理后回壓有所下降。考慮到在總機關混進匯管出口端投加阻垢劑對整個總機關混進匯管除垢效果不理想，于是在8月下旬將阻垢劑投加點改至總機關最前端，以便阻垢劑能流經整個總機關混進匯管。但從后期運行情況來看，阻垢劑的防除垢效果不明顯，總機關壓力從7月25日經高壓射流物理除垢作業完初期的0.2 MPa經過1月后再次回升至0.4 MPa，管線結垢周期仍然為30 d左右。

表2　五種防除垢治理方式應用效果跟蹤對比表

2.2.5人工物理除垢鑒于前期應用到的CPRA地面系統防垢裝置、超聲波脈沖防垢除垢裝置、站內投加阻垢劑等防除垢方式效果不明顯；同時由于總機關混進匯管出口-收球筒進口段管線與總機關混進匯管為一體連接，兩端存在彎頭導致高壓射流物理除垢作業不方便、清理不徹底、除垢周期較短、作業費用高等因素；為保證站內集輸系統正常運行，對總機關混進匯管出口-收球筒進口段流程進行改造，將總機關混進匯管出口段彎頭處管線改為法蘭連接，方便拆卸該段管線進行人工物理除垢清理作業。2014年11月10日，將流程改造后將管線拆卸下來進行人工物理除垢作業時發現管線結垢嚴重，垢層厚達3 cm以上，管線內清蠟球堵實，在不足2 m長的管線里總共清理出清蠟球46個。管線清潔后總機關壓力降至0.2 MPa，至2014年12月8日，總機關壓力依然保持在0.2 MPa，且對總機關混進匯管出口-收球筒進口段管線清理核實時發現內壁只是輕微結垢。通過近30 d的運行來看，此次人工物理除垢的效果較為顯著。

2.3五種防除垢治理方式應用效果對比

通過對以上五種不同的除垢方式防除垢原理的了解以及實際應用效果的分析來看，不同方式的防除垢治理手段在元十七增管線結垢治理方面的應用效果差異較大，現將五種不同的防除垢治理方式的應用情況及效果列于（見表2）。

從表2中可以看出，以上五種防除垢治理方式中，CPRA地面系統防垢裝置、超聲波脈沖防垢除垢裝置和站內投加阻垢劑發揮的防除垢作用甚微，這三種防除垢方式的應用并未對站內管線結垢最嚴重的節點部位起到很好的防除垢作用，管線除垢周期也并未延長。高壓射流物理除垢和人工物理除垢方式在管線除垢方面則能起到立竿見影的效果，對清理到的部位除垢較為徹底，歷次除垢作業完都能使總機關壓力得以明顯的下降；但高壓射流物理除垢方式由于受空間限制的原因對于帶彎頭的直立管線及掩埋地下管線無法實施徹底除垢作業，導致除垢作業存在盲區，因此歷次除垢作業后效果僅能維持30 d左右。而人工物理除垢方式則能對結垢最嚴重的總機關混進匯管出口-收球筒進口段的直立管線起到方便有效的除垢清理，彌補了高壓射流物理除垢作業存在的缺陷，同時人工物理除垢方式具有除垢成本低，有效延長除垢周期的作用。

3　結論

（1）通過對元十七增站內集輸管線結垢治理實施效果的分析來看，站內集輸管線結垢速度快，且總機關混進匯管-收球筒進口段管線結垢最為嚴重。

（2）CPRA地面系統防垢裝置、超聲波脈沖防垢除垢裝置和站內投加阻垢劑等三種方式的防除垢效果不明顯；而高壓射流物理除垢和人工物理除垢這兩種方式則能起到立竿見影的效果，清垢較為徹底，但高壓射流物理除垢具有作業費用高且作業存在盲區的缺點。

（3）對于后期的站內集輸管線結垢治理，建議將高壓射流物理除垢與人工物理除垢兩種方式有效結合應用，對總機關混進匯管-收球筒進口段管線要進行為期一月一次的人工物理除垢清理；同時加強站內各節點集輸壓力的監控，盡量延長高壓射流物理除垢作業的周期。

［1］石東坡，尹先清，范風英，曹方起，韓煒，張子玉，陳武.鋇鍶垢除垢影響因素研究［J］.油田化學，2013，30（3）：91-93.

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10.3969/j.issn.1673-5285.2015.06.029

TE358.5

B

1673-5285（2015）06-0106-04

2015－04-20