油田開發中結垢原因分析及治理對策探討

丁亞玲

【摘 要】油田開發過程中，油藏中的流體（油、氣、水）從油氣層中流出，經油井井筒、井口到地面集輸系統，由于溫度、壓力和油氣水平衡狀態的變化，容易發生無機鹽類的沉積，生成垢，結垢現象的發生，給油田正常生產帶來許多不利影響，輕者使產量降低，重者造成停產，甚至引發安全事故。因此，研究結垢的原因與治理對策，具有十分重要的現實意義。

【關鍵詞】油田；結垢；原因分析；治理對策

一、油田結垢的原因分析

油田生產過程中，壓力、溫度的變化或不相容的水相混合，會造成地層、井筒和管線表面結垢，影響原油生產。

（一）水中雜質沉積結垢。水中雜質主要集中在注水井、回注水輸水管網等溫度相對低的地方，注水井自上而下，結垢現象逐漸增強，而腐蝕產物的結垢因素相對遞減。

（二）地層水中含有高濃度易結垢鹽離子。在采油生產過程中油田壓力、溫度或水成分變化改變了原先的化學平衡而產生垢，主要垢成分是碳酸鈣，可混有碳酸鎂、硫酸鈣/鎂等，我國陸上油田結垢大都由此引起。二是兩種或兩種以上不相容的水混合，結垢離子相互作用而生成垢，最為常見的有硫酸鋇和硫酸鍶垢。特別是海上油田注海水開采過程中，地層水常含有鋇鍶離子，而海水含有大量的硫酸根離子，兩者混合產生難溶的硫酸鋇鍶垢。

（三）硫酸鹽析出結垢。部分油田水型為硫酸鈉型和氯化鈉型，主要產生硫酸鈣結垢，原因是鈣離子與硫酸根離子結合產生硫酸鈣，造成硫酸鈣垢，油井產生硫酸鈣垢的主要部位井筒底部的套管內壁和油管外，地面站則收球筒和總機關出為主要結垢地點。

（四）壓力、PH、溫度的影響。碳酸鈣的溶解度與溫度、PH值和二氧化碳的分壓有關，溫度越高、升高PH、二氧化碳分壓越小，碳酸鈣的溶解度就越低，二氧化碳的分壓影響更為重要，如果其降低，碳酸鈣沉淀可以產生在系統的任意部位。降低PH則可以使碳酸鈣溶解度增大，大大減弱了成垢趨勢。

（五）注水高礦化度、高硬度。由于油田開采的地理條件往往比較復雜，使得不得不少注水開發的油田注入水的水質存在硬度和堿度都偏高的問題，隨著油田開采工作的不斷深入，油田的地層壓力和地層溫度都會不斷的下降，這種環境的變化會使水中的礦物質大量的析出，最終產生大量的無機鹽結垢。

（六）膠質、瀝青質及蠟形成的有機垢。存在原油中重油部分的膠質、瀝青質、蠟，在輸油管道中流動時，隨著管道周圍溫度、壓強的下降以及輕質碳酸鈣不斷的逸出，在原油的溶解能力會不斷的下降，從而會開始結晶、析出、聚集，最終附在管道上形成有機垢，造成輸油管道阻塞，對產油量產生直接影響。

（七）細菌堵塞地層。細菌堵塞地層主要有兩種形式，一是：細菌自身利用所處的有利條件進行大量的繁殖，最終形成菌落阻塞地層；二是：細菌的代謝產物，造成地層阻塞。會造成地層阻塞的細菌種類會因地層的結構、成分的不同而不同，如在長慶油田地層中的主要是硫酸還原菌，而在純梁油田地層中主要是鐵細菌。

二、油田結垢的危害

垢內通常含有腐蝕產物（如碳酸亞鐵、硫化亞鐵等）以及在一定條件下析出的鹽（如氯化鈉等）。結垢對油田生產的影響包括：①油層及近井地帶結垢，會堵塞油氣通道，降低油層滲透率，使油井產液量下降（低滲透油田更加嚴重）；②井筒結垢，會增加抽油桿的負荷，降低泵效，或者造成卡泵現象；③集輸管道和設備表面結垢，會造成垢下腐蝕，甚至穿孔；④注水系統結垢，使注水壓力上升，能耗增加而生產能力降低。傳統的控制碳酸鹽垢的方法主要是酸洗，勞動強度大，對管柱和設備有損害，且酸液排放是環境保護的一大隱患。鋇鍶垢堅硬難溶，酸洗無效，大都采用防垢技術來控制。

隨著油田注水開發的不斷實施，我國各大油田產出液的含水率越來越高，油水井及管輸系統的結垢問題也越來越嚴重。結垢造成生產管線或設備堵塞，產液量下降，嚴重時造成抽油桿拉斷，油井關井，甚至報廢。目前國內應用較多的化學防垢技術主要是酸洗法和投加防垢劑法（包括向油管或油套環空連續注入防垢液和向鼠洞或井底投加固體防垢塊兩種方式）。酸洗法防垢有效期短，返排液還會對環境造成污染。連續注入防垢液對泵的要求較高，且操作復雜；投放固體塊同體防垢塊的溶解速度不易控制。

三、治理對策探討

（一）控制物理條件。成垢離子濃度、PH、水中含鹽量、壓力、溫度以及管線形狀、水的流動狀態等條件都會影響油田結垢，控制和改善其中的一些條件就可能減小鹽垢的析出程度，減少垢的形成，同時應該增加水的流速，輸油管道內壁應該增加光滑程度并施以涂層。

（二）除去成垢物質。一般的工業循環水，經過軟化水的方法可以大幅度減少成垢離子，對于碳酸根離子及碳酸氫根離子，采用換熱器、降低水的PH則可以使其變為二氧化碳氣體，再采用真空法或氣提法除去二氧化碳，可以有效的抑制碳酸鈣垢的形成。

（三）避免不相容的水的混合。不相容水指水混合后會產生不溶性的物質，所以聲場過程中盡量避免不相容水混合可以有效減少垢的生成，對于可能引起結垢的套管損壞井的不同層位井水互竄的情況，應該使用隔水采油工藝。對于注入水與地層水不相容的情況，則應該選擇優質的水。同時應將清水和污水分別注入，避免發生腐蝕與結垢問題。

（四）使用防垢劑。目前油田控制結垢措施最常用的是防垢劑，這種方法方便快捷，容易實現，但是使用時需要合理的選擇，目前主要的防垢劑有有機膦酸鹽（脂）類、高分子聚合物及其衍生物、有機膦酸鹽與聚羧酸鹽復合類、有機膦羧酸等。兼具防垢、防蠟功能的固體防蠟塊，使用時，將防垢塊填裝到一種自制的防垢工作筒中，下入井中，工作筒連接在篩管的上部、抽油泵的下部，當有液體流過的時候，防垢劑以及防蠟劑溶于水和油當中，有緩慢溶解、有效期時間長等特點。這項技術的實施，大大延長了檢泵周期、減緩了油井的結垢。

（五）周期性滴入化學防垢劑。對于已經結垢的井筒，可以在井筒的環形空間、篩管的上部、以及油泵的下部，周期性的滴入化學防垢劑，化學防垢劑融入水中后就會對碳酸鈣等多種有機垢，起到分解消除的作用。

（六）改變注入水的性質。對于容易出現結垢問題的注水井，可以在注入水中加入改性劑，使水的PH值和硬度降低，這樣就可以有效的防止顯弱堿性的注入水與地層酸性水融合而發生化學反應，形成各種有機垢。除此之外，在注入水中加入化學改性劑，還可以殺滅水中的各種細菌，對細菌的生存環境造成破壞，防止其進行大量的繁殖，從而使管道的腐蝕受到抑制。

（七）超聲波除垢。超聲波具有傳播方向性好，穿透力強、能量不易衰減等特點，利用超聲波除垢可以同時產生機械作用、空化作用以及熱作用。當超聲波在液體介質、垢物、管壁這三者之間傳播時，由于存在速度差會在三中不同介質的表面形成一種強大的剪切力，這種剪切力會使垢物的附著力大大的降低，最終達到使垢物逐漸脫落的效果。

四、結語

綜上所述，油田由于結垢不僅造成原油產量降低，給油田正常生產帶來許多不利影響，輕者使產量降低，重者造成停產，甚至引發安全事故。同時使工人的工作量大大的增加。因此，我們很有必要對油田油水井的結垢成因進行詳細的了解和分析，并要結合實際情況，制定出一系列的除垢防垢方案，將結垢給油田開發帶來的不利影響降到最低。

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