探析三次采油集輸系統結垢機理及防護

齊凱　蒲泓旭　沈駿峰

摘要：三次采油的聚驅和三元復合驅（ASP）是油田開采后期為提高原油采收率而提出的一種全新的三次采油技術，聚合物驅可提高采收率10%，復合驅可提高采收率15%～20%。三次采油是油田開發技術上的一次飛躍，與二次采油相比，它借助物理和化學的雙重作用，提高驅油的波及體積和效率。

伴隨著三次采油技術的廣泛應用，在集輸管線上出現了嚴重的結垢現象，并且結垢嚴重的地方，腐蝕也非常嚴重。這一現象的存在嚴重影響了生產效益及三元復合驅技術的進一步推廣。所以在大力推廣 ASP 采油技術的同時，有必要對三元復合驅結垢機理及防護方法進行研究和評價。

本文通過對 ASP 的采出液特點分析，確定影響集輸管線結垢和腐蝕的主要化學劑為堿、表面活性劑和聚合物。同時根據分析結果，針對集輸埋地管道結垢，提出了應對措施。

關鍵詞：三次采油;結垢;三元復合驅;集輸管線

一、ASP 采出水的特點及對集輸管線的影響

1.1 ASP 采出水的特點

ASP采出水的特點為油水密度差值小;水中懸浮固體含量多，顆粒粒徑范圍在1～100μm 之間;細菌含量多，油田采出水中豐富的有機物和適宜的污泥是硫酸鹽還原菌、腐生菌繁殖的場所，細菌的大量繁殖不僅腐蝕管線，而且還會造成地層的嚴重堵塞;有機物含量高，如原油、表面活性劑、聚丙烯酰胺及其殘體、揮發酚及膠質瀝青質類和石蠟等重質油類等，其中原油以分散油、浮油、乳化油及溶解油的形式存在于采出水中;礦化度高;水溫與 pH 值較高;溶解氧和含鐵量較低并且殘存一定數量的破乳劑。

三元復合驅采油技術是通過加入聚丙烯酰胺、堿和表面活性劑等化學藥劑來改變注入水的特性來提高采收率。采出污水中由于含有大量的殘余聚合物、表面活性劑和堿等，成分極為復雜，表面活性劑和堿進一步增強污水乳化能力，增加了污水的粘度，使污水的膠態性質更加穩定，三元復合驅采出水的處理難度也就更大。

由于三元復合驅采出水中具有很高的礦化度和較高的堿濃度，使得三元復合驅體系中懸浮物含量高，結垢現象嚴重，產液能力也因此而降低。因此，綜合以上可知，三元復合驅采出水的特性為：高粘度、高乳化度、高含油量、高懸浮物，高細菌含量。

二、ASP 集輸管線結垢

由于三元復合驅體系使用的堿含量高，回注水中的礦化度高等原因，三元復合驅體系經常發生生產井卡泵、堵塞、采出油量上升的同時產液量卻明顯下降等現象，導致產能衰退。在驅替過程中也出現集輸管線腐蝕與結垢的問題，堿的應用對復合驅有一定的負面影響。

2.1地層結垢

注入水進入地層后，形成由注入水和地層水（或束縛水）等組成的混合液。混合液中 Ca²⁺、Mg²⁺、HCO^3-形成 CaCO₃和 MgCO₃等沉淀物，導致垢的形成，堵塞地層孔道，降低地層滲透率。滲透率越低，孔隙度越大的地方越是流體儲存或滯留的主要場所，也是注入水與地層水接觸最充分、結垢最容易發生的部位。由于結垢的產生，導致井的吸水能力下降，直接影響了油氣生產。

2.2井筒及地面管線結垢

由于注入水的水質不合格或與油層水的水型不吻合以及鹽含量過高都會引起地面管線和井筒內結垢并造成堵塞。通過對地面注水系統的調查，易結垢部位多為管線下部、彎頭處、閘門等流速發生突變或溫度較高部位。注入水在井筒中溫度愈高，結垢愈加嚴重。同樣，電泵井由于電機發熱，在泵進口、葉輪、花鍵套節流部位、篩管、地層炮眼、地層近井地帶造成流體的流速、流態的改變，使結垢物逐漸沉積下來。從地面管線、油管、炮眼到地層，結垢趨勢依次增大。結垢還會引起腐蝕。油田管線結垢往往是致密的層狀垢，為厭氧菌提供了繁殖的溫床，一些厭氧菌（如硫酸鹽還原菌等）在垢下大量繁殖，造成局部點蝕穿孔。

三、結垢防護技術與措施

3.1物理除垢方法

物理防垢技術是利用某些物理儀器設備作用于成垢晶核上，這些被聲磁電作用過的垢的晶核在水中就保持彌散或膠體的形式，在后續碰到管體表面時，很難再長大形成垢，使油田水系統暫時失去結硬垢能力。油田常用的物理防垢技術主要有超聲波處理技術和磁處理技術。

3.2超聲波除垢防垢

超聲波的除垢作用主要是由超聲空化作用以及因此而產生的高速微射流沖擊作用引起的。由于超聲波的機械效應，增加了固、液界面的湍流程度，固體表面上已有的垢受到侵蝕，物理形狀得到改變，從而變軟、變疏松，容易清洗甚至自行脫落下來。同時，高速微射流使振動氣泡表面處在很高的速度梯度和粘滯應力（達到100Pa 以上）下，這種應力也足以破壞固體表面的垢層而使其脫落。

3.3電磁防垢除垢

水體經高頻電磁場處理后，水的物理性質如密度、黏度、滲透能力、表面張力、氣溶性、離子水合作用、膠體的電位等將發生變化。活性水對管壁垢層的滲透力增強，表面張力、密度、溶解度增大，活性水能溶解部分垢層;電磁場激發作用下生成的活性水中還含有活性氧，會影響到原有垢層分子間的電子結合力，進而改變晶間分子結構，使老垢由堅硬變得疏松。在各種因素的綜合作用下，最終導致垢層松動、脫落。

3.4電子防垢

電子防垢技術是以電子技術為基礎，通過信號發生器產生一種極性、振幅和頻率高速變化的電流，該電流又在管道中產生快速變化的磁場，對水中的鈣、鎂離子產生一種離子干擾作用，可以改變這些離子的電化學特性和物理特性，降低 Ca²⁺、Mg²⁺、CO₃^2-、SO₄^2-之間的吸附能力，從而阻止這些離子之間結合成垢，達到管網防垢的目的。

3.5藥劑防垢

防垢劑是指加入到水中，能抑制垢生成的一類化學藥劑。防垢劑技術就是在合適的管線部位和時機，如在管線的上游或抽油泵的下部，壓裂或擠注作業時等，將防垢劑注入或放入，通過防垢劑的低限抑止機理或晶格畸變機理破壞和毒化已形成的垢晶體，達到抑止垢生長的目的。也可通過防垢劑作用使其和游離的鈣、鎂離子結合，形成穩定的可溶于水的五元化合物或六元化合物，減少水中的鈣、鎂離子濃度。

結論

通過以上研究，總結出影響三元復合驅集輸管道結垢的主要因素。為三元復合驅技術的進一步發展，完善油田防垢、防腐工藝，提高注采化學劑的有效利用率具有深遠意義。

參考文獻：

[1]徐典平，薛家鋒.三元復合驅油井結垢機理研究[J].大慶石油地質與開發，2001，20（2）：98-100.