塔中第二聯合站氣田水結垢原因和機理分析

王子強，楊 明，畢晶晶，肖 華

（1.中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司塔中油氣開發部，新疆庫爾勒 841000；2.中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司概預算管理部，新疆庫爾勒 841000)

塔中第二聯合站氣田水結垢原因和機理分析

王子強1，楊 明2，畢晶晶1，肖 華1

（1.中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司塔中油氣開發部，新疆庫爾勒 841000；2.中國石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司概預算管理部，新疆庫爾勒 841000)

塔中第二聯合站投產以來，一直存在氣田水結垢問題，對裝置生產帶來嚴重影響，通過對塔中第二聯合站氣田水水質、垢樣分析研究，結垢成因研究，對下一步進行氣田水結垢防治具有實際意義。

塔中；氣田水；結垢；機理；分析

塔中第二聯合站（簡稱塔二聯）所處理介質為塔中I號氣田碳酸鹽巖氣藏產出介質，自塔二聯投產以來，氣田水在水處理裝置結垢問題一直存在，嚴重影響裝置生產。面對此情況，分析制定措施，一方面根據實際結垢情況，定期對氣田水處理裝置進行酸洗；另一方面在三相分離器水相出口設置一臺變頻阻垢器，經過一年的運行情況分析，阻垢器的阻垢效果不明顯。為進一步解決氣田水結垢問題，對塔二聯氣田水和垢樣進行取樣化驗，根據對現場水樣和垢樣的化學分析結果，分析了氣田水結垢的原因和結垢機理。因此對氣田水結垢原因和機理分析對下一步進行氣田水結垢防治具有實際意義。如圖1。

圖1 塔二聯氣田水流程

1 氣田水樣和垢樣分析

1.1 現場取樣

為全面了解水質情況，使水樣具有廣泛性，避開酸化除垢處理作業時間，在不同時間，不同地點，共進行三次取樣：第一次取樣在酸化除垢處理前進行，分別取舊氣田水氣體塔出口水樣（簡稱水樣1）和垢樣（簡稱垢樣1）；第二次取樣在酸化除垢后3d進行，取舊氣田水氣體塔出口水樣（簡稱水樣2）；第三次取樣在酸化除垢后15d進行，分別取了新氣田水氣體塔入口水樣（簡稱水樣3）、新氣田水氣體塔出口水樣（簡稱水樣4）、舊氣田水氣體塔入口水樣（簡稱水樣5）和舊氣田水氣體塔出口水樣（簡稱水樣6）。

1.2 現場水樣離子組成分析

從水樣離子組成分析得出，三次取得的6個水樣的水型均為氯化鈣型，pH值基本在7左右；第一次水樣礦化度為64 506mg/L，含有成垢陽離子Ca2+、Mg2+、Sr2+和成垢陰離子和SO42-；第二次水樣礦化度達128 333mg/L，含有成垢離子陽Ca2+、Mg2+、Sr2+和成垢陰離子和；第三次水樣礦化度為120 000～160 000mg/L，含有成垢離子陽Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+和成垢陰離子和；由于MgSO4是溶于水的，初步分析成垢的類型可能為碳酸鈣、硫酸鍶、硫酸鋇、硫酸鈣等。

1.3 現場垢樣成分分析

1.3.1 現場垢樣能譜分析

從能譜分析結果重量百分比和原子百分比數據，該垢樣中含有Ca、Na、C、Cl元素。

1.3.2 現場垢樣X-衍射分析

從塔二聯垢樣X-衍射分析結果，其方解石含量大于95%，進一步證明該垢樣主要為碳酸鈣垢。

1.3.3 現場垢樣酸溶解性評價

為了進一步驗證垢樣主要為碳酸鈣垢，室內將塔二聯現場垢樣1置于105℃烘箱至恒重（除水），然后稱取烘干物1.0g，用50ml、15%鹽酸進行溶解性評價（實驗條件：60℃、2h），實驗結果見表1。

表1 垢樣酸溶解性實驗結果

從上面的實驗結果來看，鹽酸對塔二聯現場垢樣溶解率大于98%，具有較好的溶解性。

2 結垢原因和機理分析

通過上述水樣分析，可看出，水中所含有的成垢陽離子Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+和成垢陰離子和；由于Mg2+離子濃度明顯小于Ca2+濃度，并且MgCO3（3.5×10-8）的溶度積明顯大于CaCO4（2.8×10-9），另外MgSO4是溶于水的，因此初步分析成垢類型只可能為CaCO4、CaSO4、SrSO4以及少量BaSO4。

油田水結垢主要是由于溫度、壓力等熱力學條件的改變以及離子組成或不相容水的相互混合而引起的。

塔二聯氣田水產生結垢的主要原因有：

1）現場水樣中富含Ca2+、Sr2+成垢陽離子和HCO3-和成垢陰離子，其中Ca2+為3 300-11 190mg/L，Sr2+為198～1 008mg/L，為294～400mg/L，SO42-為330-1 705mg/L，提供了成垢的基本化學條件。

2）壓力降低

碳酸鹽垢結垢程度受熱力學條件變化較大。當CO2分壓降低，CaCO4結垢趨勢增大。對于水樣，進氣體塔前，P=P CO2+PH2S+PN2，CO2分壓降低，導致CaCO4結垢趨勢增大。

3）化學不相容，塔二聯氣田水離子組成比較復雜，兩種或兩種以上化學不相容的水相混，因含有不同離子或不同濃度的成垢離子，城垢離子就會相互作用而生成垢。如硫酸鍶垢。

[1] 劉劍釗.結垢機理及阻垢性能測試研究[D].東北石油大學，2011.

Analysis on the Causes and Mechanism of Water Scaling in the Gas Field of the Second Joint Station in

Wang Zi-qiang，Yang Ming，Bi Jing-jing，Xiao Hua

Since the second joint station in the tower has been put into operation，there has been a problem of gas fouling in the gas field，which has a serious impact on the production of the gas.Through the study of the water quality，scale analysis and fouling of the second joint station in the tower，The next step in the gas field scale control has practical significance.

Tazhong；gas field water；fouling；mechanism；analysis

TE358.5

A

1003–6490（2017）11–0061–01

2017–09–02

王子強（1982—），男，新疆庫爾勒人，工程師，主要從事油氣田開發的工作。