淺談防垢管在大慶油田注采生產中的作用

何德江

（大慶油田創業金屬防腐有限公司，黑龍江 大慶 163412）

注水采油技術（簡稱水驅）和注聚合物采油技術（簡稱聚驅）是大慶油田目前提高原油產量的主要方法，但由此而造成井下管柱和輸油管線的腐蝕及結垢問題，一直是困擾油田注采生產過程中的頑疾，每年因腐蝕結垢報廢更換的管柱、管線，影響作業和生產，直接、間接的損失大，因此，針對油田水驅聚驅過程中的防腐防垢技術措施之一鈦聚合物防垢管（簡稱防垢管），正符合油田注采生產的需要，極大地緩解了腐蝕、結垢造成的危害。

1 防垢管的防腐作用

油田注水管道的腐蝕符合金屬腐蝕的一般規律，主要因素有pH值、溶解氧、CO2、H2S、溶解鹽、細菌溫度等，這些因素易與管材形成FeCO3、Fe(OH)2、Fe2O3等腐蝕產物，而防垢管恰恰有較強的防腐性能。

（1）抗滲透能力強。一是涂料中的填料與樹脂分子之間化學鍵合與化學吸附相結合，阻塞了腐蝕介質滲透通道。二是微小的鈦納米聚合物具有填充空穴的作用，且不溶于水，水、氧和其它離子滲透路線延長。鈦納米聚合物比表面積很大又有化學作用，所以加入少量就能起到顯著的抗滲透效果。三是鈦納米聚合物有憎水性，通常的極性介質和離子很難通過涂膜。因此鈦納米聚合物涂層較普通涂層耐沸水性高，抗滲透性強。

（2）附著力高。附著力是涂層發揮保護、裝飾及特殊功能的關鍵性能。涂膜本身即使具有優良物理化學性能，若不能和底材或底層牢固黏結，就沒有實用價值。附著力由機械結合力、化學鍵和分子作用力組成。鈦納米粒子高活性懸空鍵，以化學鍵合和化學吸附的形式與聚合物配位，同時將聚合物閉環打開，形成開環的羥基與醚鍵進一步與樹脂進行化學鍵合與化學吸附，并形成新的活性開環。與基材表面發生化學鍵合與化學吸附。涂料中成膜樹脂固化時體積收縮小，內應力小。樹脂中的醚鍵分子鏈柔軟便于旋轉，可消除內應力，所以附著力高。

（3）耐腐蝕性能好。一般涂層的破壞都是由于腐蝕介質沿分子和填料間的界面或樹脂分子間的界面而進行的，鈦納米聚合物涂料用化學鍵合與化學吸附阻塞了這些通道。涂層抗滲透能力強，減緩腐蝕速度。鈦本身耐腐蝕性好。化學鍵合與化學吸附作用，阻止水、氧及其它腐蝕介質的取代作用，使其不能在管材表面發生腐蝕反應，所以耐腐蝕性能好。

2 防垢管的防垢作用

（1）水驅井垢的生成。水驅井的注水來源一是采出井采出液的油水分離，二是城市污水的簡單處理后。采出液油水分離后，水的礦化離較高，含有大量的成垢陽離子Ca2+、Mg2+、Ba2+，而城市污水中則有一定量的成垢陰離子、，二者相遇后則產生下列成垢反應：

（2）聚驅井垢的生成。聚驅采油現已發展成三元復合驅采油，三元復合驅是由一定比例的聚合物，堿、表面活性劑與水按比例配置后注入井中，三者協同作用可提高驅油效率，但由于堿的加入，則容易與井液中的Ca2+、Mg2+離子生成下列垢：

同時由于pH值升高，地下巖層被大量溶解，使得井液中成垢陽離子Ca2+、Mg2+、Ba2+及成垢陰離子濃度增加，加之油田水體系中、-等陰離子存在，則極易生成下列垢：

（3）防垢作用。①防垢管的抗粘附性。防垢層厚，微小鈦納米聚合物填料填充作用使表面光滑度很高且致密，對于粘性較高的三元聚驅液具有較強的抗粘附性強，防止形成結垢核心，使得成垢離子及雜質難以沉積。②防垢管的難潤濕性。不同材質的物體表面，有不同的潤濕物性。光管表面潤濕角小于90°，潤濕角小，晶體形成的核能量越小，易形成晶核，進而形成垢晶體。形成的垢晶體也易于粘附，結垢趨勢越大。選用的鈦金屬涂料涂層表面能低，潤濕角大（達到145°），防止三元液在其表面鋪展，進而防止結垢。③防垢管的磁性防垢作用。填料中的金屬鈦聚合物具有特殊的磁性與化學結構，涂裝后的表面，一方面能對污垢粒子整形使其排列整齊，不形成結垢質分子交錯穿插的硬垢；另一方面排斥污垢粒子，使其不能粘附到涂層表面上，達到防垢的功能。

3 增注作用

我們知道，在油田水驅、聚驅采油生產中，會產生注水和注聚過程中較大的壓力損失，又叫壓頭損失。主要是由于注入的水與油管管壁之間、水流與水流之間、聚合物與管壁間、聚合物與聚合物之間有摩擦力，消耗能量，叫做因“沿程阻力”而造成的壓頭損失。同時，注入的流體在經過油管的接箍處時，會產生漩渦，漩渦也消耗能量，這種“局部阻力”造成的壓力損失也是較大的（大慶油田一口注入井的接箍差不多為120個）。并且，隨著注入量的增大，沿程阻力和局部阻力損失增加造成的壓頭損失也在增大。

（1）注水在2．5英寸油管內流動狀態的確定。當注水量為m3/d時，在2．5英寸油管（直徑D=65×10-3m）中流速由下式確定：

式中，V為注水速度，m/s；Q為日注水量，m3/d；D為管徑，m。

流體的雷諾準數由下式確定：

式中，Re為流體的雷諾數，無因次；D為管徑，m；γ為水的運動粘滯系數，m2/s。

對水溫取其平均值為40℃，查的γ 40℃=0．659×10-3m /s。取不同的注水量，按（1）和（2）式計算注水速度和雷諾數，當注水量大于25m3/d時，雷諾數就大于2000，流體力學已經證明這樣的流體流動時處于紊流態，紊流態流體具有切應力效應。因此，這樣的流體在管中流動時，管壁必然具有阻力作用，其結果降低了流體的力量。

做簡單注水試驗，并列兩排600m長的防垢管線和未防垢管管線，分別在注入口和流出口裝上壓力表，分別記錄進水口和出水口的壓力表讀數，見表1。

表1 防垢管與普通管實測的壓力損失對比

數據分析：從測的結果看，相同注入量下防垢管的磨阻損失都小于未防垢的管。但注入量較小時表現不明顯。當注入量分別為 17．7m3/d和 36．3m3/d時，防垢管比未防垢管可降低磨阻分別是35%和55%。

應該指出的是，由于實驗場地不是絕對水平，因此表中所測數據的絕對值意義并不大，但是由于防垢管和未防垢管并列放置，處在相同條件下，又是用相同的壓力表（精度壓力表）測的，所以具有可比性，即它們的相對值比較有意義。

4 結語

（1）防垢管由于有較強的防腐性能，使用后可延長油管使用壽命4～6年，可節約管材折合重量（按年使用2000km計算）4000余t/a。

（2）防垢管由于是有機高分子聚合物，表面張力小，難浸潤，抗沾粘，并且根據分子基的相性選擇，內表面與溶有成垢離子的水界面疏而不親，大大降低了管柱結垢的可能性。

（3）防垢管比普通管降低磨阻50%左右，減少壓力損失平均為0．25MPa，全油田注水系統每降低0．1MPa的壓力就可節約幾百萬kW·h的電。其次，防垢管極大地降低了注水磨阻，相對提高了注水壓力，增加了注水量，節約了注水系統的能耗，提高了產液量。

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