塔河油田集輸系統防垢工藝技術優選

楊曉艷 霍國慧

摘 要：目前，塔河油田部分單井開采進入了一個注水開發階段，部分單井生產原油含水量高，水中成垢離子含量高，導致原油集輸管道化現了不同程度的結垢現象。在管道的運行中，結垢現象不但會增加輸送能耗，而且需要停產維修、更換設備，導致運行成本增加且影響油田產量。近年來，由于結垢問題塔河油田集輸系統的運行出現的問題越來越多，這主要是由于集輸管道內壁由于產生了結垢，管壁上的垢物增大了流體的摩阻，于是增大了管道運行的負荷率，致使管道輸送效率降低，增大了原油的輸送能耗。這些問題都嚴重制約著塔河油田高效快速的發展。因此針對上述情況，開展塔河油田集輸系統防垢很有必要。然而目前國內外對油氣田防垢技術方法有很多種，主要分為化學方法、物理方法和工藝方法等，針對塔河油田選用何種防垢除垢技術對于提高塔河油田集輸系統防垢效果非常關鍵。基于此，本文在分析了現有的幾種防垢除垢工藝原理及特點基礎上，針對塔河油田集輸系統實際進行了工藝優選。通過對各種防垢技術的分析研究認為：添加防垢劑的化學防垢法滿足塔河油田集輸系統的防垢要求，決定采用化學防垢技術。

關鍵詞：塔河油田;集輸系統;防垢工藝;工藝優選

0 前言

塔河油田是中國石化在西部重要的石油、天然氣生產基地，已經成為了中國石化在兩部牛產的主力油田。目前，塔河油田部分單井開采進入了一個注水開采時期。部分單井生產原油含水量高，水中成垢離子含量高，原油集輸管道化現了不同程度的結垢現象。在管道的運行中，結垢現象不但會増加輸送能耗，而且需要停產維修、更換設備，增加油田的生產成本，影響油田產量。塔河油田集輸系統的運行工況隨著對油田的不斷開發，與原來的設計工況出現了較大偏差。集輸管道內壁由于產生了結垢，管壁上的垢物增大了流體的摩阻，于是增大了管道運行的負荷率，致使管道輸送效率降低，增大了原油的輸送能耗。這些問題都嚴重制約著塔河油田高效快速的發展。因此，根據塔河油田水質分析數據和結垢資料為基礎，開展集輸系統防垢技術研究并優選最合適恰當的技術刻不容緩。

1 塔河油田結垢機理分析

受到注入水和地下水化學不相容等因素的影響，油田在進入注水開采階段后通常會引起地面系統等部位的結垢問題，給油田正常生產帶來巨大的危害。由于結垢等問題的影響，通常會造成生產過程中產量下降，集輸管線堵塞等問題。情節嚴重的可能會導致油井停產甚至廢止，給油田帶來巨大經濟損失。塔河油田結垢可分為兩種情況：

（1）溫度、壓力等熱力學條件的改變，會改變水中離子平衡狀態，導致成垢組分的溶解度降低而析出結晶、沉淀。

（2）離子組成不相容（配伍）的水相互混合而產生沉淀。

在垢物形成的過程中，溶液的過飽和狀態、結晶的沉淀與溶解、與表面的按觸時間等是關鍵因素。其中過飽和度是結垢的首要條件。過飽和度除與溶解度相關外，還受熱力學、結晶動力學、流體動力學等多種因素的影響。

根據結垢機理，結合塔河油田實際情況，主要形成了以下結論：

（1）塔河油田采出水中包含大量Ca²⁺、HC0₃^-、SO₄^2-等成垢離子。

（2）垢物的溶解度隨著輸送溫度、壓力而變化，微溶鹽或難溶鹽類在單一溶液或混合溶液中形成過飽和。

（3）在過飽和度水溶液中存在晶種，溶液中Ca²⁺等成垢組分在晶體間內聚力以及晶體與金屬表面間的粘著力作用下析出晶體。

（4）水中懸浮粒子（如鐵誘、砂地、泥渣等）在較大沉降力和切力作用下形成結垢。

（5）在塔河油田集輸過程中，管道輸送形成的紊流使水質點相互碰撞，流速增加使液流攬合程度増大，沉淀晶體凝聚加劇，促使晶核快速形成。

2.油氣田集輸系統常用防垢技術

目前，國內外對油氣田防垢技術方法有很多種，主要分為化學方法、物理方法和工藝方法。其中化學方法的防垢機理是應用化學防垢劑的某些特性阻止垢的生成;物理方法的防垢機理是應用某些物理儀器設備的功能抑制垢的形成;工藝法的防垢機理是改變或控制某些作業工藝條件來破壞或減少垢的生成機會。

2.1物理法防垢

物理法防垢主要包括加晶種、超聲波處理、磁處理三種。物理防垢法并不能消除水中的成垢離子，最大的缺點是防垢能力有一定時限，超過了這個時限就完全消失防垢能力。此外，還必須遵循一定的使用方法，有一定的使用范圍，不符合有關規定也使防垢作用受影響，甚至無防垢作用。物理防垢設備適用于結垢設備單一的場所，例如鍋爐等。對于塔河油田地面集輸系統這樣復雜龐大的場所物理防垢設備的購置安裝費用巨大。由于無法消除水中的成垢離子，在油田水循環使用過程中會在防垢設備無法影響的部位結垢，加之塔河油田各單井產出水中含鹽量均在7000mg/L左右，遠大于物理防垢水溶液含鹽量3000mg/L的要求，很難達到預期防垢目的。

2.2化學法防垢

化學防垢法發展時間長，在國內外得到使用廣泛，收到了良好的防垢效果。主要包括加酸或注CO2以及加防垢劑等。化學防垢法主要是通過向水中添加化學藥劑來起到防垢的作用，其有點如下：

（1）可以有效降低水中成垢離子濃度。

（2）可以覆蓋所有易結垢設備和部位，適用于塔河油田集輸系統的復雜環境。

（3）技術發展成熟，適用于各類型的垢物，且可以起到一定的緩蝕作用。

2.3工藝法防垢

工藝防垢最有效的措施是選用正確的注水水源，在混合水溶液中不產生成垢所需的陰、陽離子。在塔河油田生產過程中，由于單井較多，找到各井配伍注水不符合塔河油田實際情況，且在原油集輸過程中仍存在產出水相互混合，產生結垢的問題，難以保證原油集輸管道的防垢目的。工藝法防垢需要對生產工藝做出調整，調整工藝則需要反復論證、研究，如果工藝調整不當則會造成巨大的后果，嚴重影響塔河油田生產。

3.塔河油田集輸系統防垢工藝優選

鑒于化學防垢法的優點適合于塔河油田集輸系統防垢的要求，因此選擇添加化學防垢劑的化學防垢技術。在實際應用中，如果已經結垢，就只能采用化學或機械的方法進行清垢或除垢。在多種抑制和減緩結垢的方法中，傳統的化學酸洗技術勞動強度大，對油氣管柱、管道和設備有損害，酸液排放不利于環境保護，而且對于控制碳酸鹽垢的形成，鋇鍶垢堅硬難溶，在采用酸洗無效的前提下，加入化學防垢劑防垢技術是首選。因為它具有成本低、效果明顯的優點。此外，可加入防垢劑防止各種垢的生成。在可能產生垢的各種液流中加入整合型防垢劑或抑制型防垢劑，可有效地防止垢的生成。目前各種化學劑多達數千種，由于使用某些單一防垢劑后，其化合物共存于水體中可發生“協同反應”，因此國內外又推出了復配防垢劑。另外，近年來發展的聚合物防垢物，防垢效果好，熱穩定性好，無毒，與其它藥劑相溶性好，對生態環境汚染小，而且兼有優異的緩蝕及其它性能，所以發展很快，品種多，應用越來越廣。

4.結束語

結合塔河油田集輸系統的實際情況，分析了塔河油田集輸系統的結垢機理，認為塔河油田采出水基本上為CaCI2水型，具有總礦化度高和結垢離子含量高的特點，生成垢物的主要成份是CaCO3和少量的CaSO4。并在全面總結了國內外各種防垢技術的優缺點，確定采用化學防垢法作為塔河油田集輸系統的防垢方法

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