油田注水結垢及其防治方法分析與研究

摘 要：在油田注水開發的過程中，經常會出現結垢問題，不但影響了油田企業的正常生產，而且會給其帶來一定的經濟損失。因此，為了提高油田的生產效率，充分利用水資源，油田企業必須采取相應的防垢措施，為油田的正常生產奠定一定的基礎。本文主要對油田注水結垢及其防治方法進行了分析與研究，首先對注水結垢的類型及原因進行了簡要敘述，然后對結垢過程及影響因素進行了系統的分析與研究，最后提出了幾點防垢措施，希望本文的分析與探索可以給油田化學方面的從業者提供一定的參考。

關鍵詞：離子;注水;溶解度;結垢;防垢;地層水

0 引言

隨著油田的持續開發，很多油田都進入了勘探開發的中后期階段，為了保持地下地層的壓力，進而提高油田的采收率，幾乎所有的油田都會選用經濟實惠、方便有效的注水開發方式進行油田的開采。但是，注水開發過程中，采出的污水中含有非常多的易成垢離子，從而使得油水井出現結垢問題。這種問題會對油田的正常生產產生諸多危害，如降低油層滲透性、損害和腐蝕相關儀器設備、阻塞集輸系統等，不但會減少儀器設備的使用壽命，而且最終會導致油井出現過早報廢的現象[1-3]。因此，如何防垢和除垢是油田企業關注的熱點和難點。

1 注水結垢的類型及原因

水溶液中的某些難容或微溶鹽類的離子在物體表面會逐漸沉積成致密、堅硬的水垢。一般而言，水垢的種類非常多，而油田注水垢的種類比較少，主要有4種：①碳酸鹽垢;②硫酸鹽垢;③鐵化物垢;④氯化鈉垢等。通常而言，水垢的種類并不單一，一般都是以某種垢為主，其他垢為輔的混合垢。通過大量的取樣分析可知，油田中的注水垢基本都是由鋇鍶垢和鈣垢組成的復合垢，前者最難于去除;后者比較致密，可溶于鹽酸，但是酸洗的方式在一定程度上容易腐蝕地層和儀器設備。

注水結垢的原因主要有以下2種[1-3]：①在注水過程中，注入水與地層水具有比較大的差異。注入水通常可以分為2種：a.清水;b.污水，前者是指地表水或者地下水，后者是指在開采原油的過程中采出的油層水[2，3]。在注水開采過程中，油田需要使用非常多的水資源，但是很多油田地處水資源匱乏的山地、沙漠、戈壁等地區，另外，2015年環境保護法的實施之后，國家對環境保護的處罰力度日益加大。因此，絕大多數的油田企業都是采用污水回注以及清污混注的方式進行開采，以此來提高水資源的利用率。當回注的水進入地下地層之后，這些水會與地層水相互接觸，注入水中的成垢離子就會隨之擴散到地層水之中，加之成垢離子之間的相互作用，就容易結垢;②在地層水中，原本就存在一些成垢陰陽離子。在油田開采的進程中，地層中的各種因素在不斷改變，如壓力、溫度以及酸堿度等，在一定程度上打破了地層原有的化學平衡，改變了地層水中成垢組分的溶解度，這些成垢組分就會結晶，從而沉積成垢。

2 結垢過程及影響因素

通常情況下，油田注水結垢主要分為以下4個步驟（以Ca2+為例）：①垢的析出，水離子相互結合，然后形成溶解度比較小的鹽類分子;②垢的生長，經過分子結合和排列等過程，鹽類分子逐漸形成微晶體，之后就依附在底垢上進入晶體粒化的過程;③垢的沉積，大量晶體持續堆積，進而不斷長大，并沉積成肉眼可見的垢;④由于所處的環境和條件不同，最終形成不同產狀的垢。

很多因素都會影響油田注水結垢，其中最關鍵的因素就是成垢離子的溶解度，而溶解度還與溫度、壓力、pH值等有關：①溫度的影響，在不同溫度條件下，不同的成垢離子的溶解度不同;②壓力的影響，成垢離子會隨著壓力的增加而增大，一旦地層的壓力大幅減小，就會結垢;③pH值的影響，在不同pH值條件下，不同的成垢離子的溶解度不同，例如pH值越高，CaCO3的溶解度小，而pH值對CaSO4的溶解度影響較小;除了上述溶解度之外，注水結垢還受其他因素的影響，如液體流速、流態以及分布等。在注水開發過程中，各種條件復雜多變，結垢的影響因素眾多，且聯合作用，互相影響[1-3]。

3 防垢方法

在油田開發的過程中，結垢會導致地層的堵塞，不但會影響油田生產系統的熱傳遞，而且會嚴重影響油田的產量。為了確保油田開發可以穩定進行，提高油田的采收率，油田企業必須采取有效的防垢措施，盡可能地減少因結垢而造成的經濟損失[2，3]。一般情況下，防垢主要從2方面考慮：①消除結垢原因;②阻止結垢過程。前者的主要方式為降低水的堿度、pH值以及礦化度等，后者的主要方式為使各種類型的水之間匹配性更好，但是后者所需的資金投資大、工藝比較復雜、與實際情況相悖。目前，常用的防垢措施主要有以下3種：

3.1 機械除垢

機械除垢法是利用旋轉削切儀器來去除已經結的垢物。但是這種方法只針對局部除垢，并且這種方法容易對結垢部位造成刮傷，從而導致更嚴重的腐蝕結垢問題。

3.2 化學防垢

化學防垢法是在油田開發過程中，通過加入化學藥劑，然后這些藥劑與水體中的離子發生反應以達到防垢的目的[3，4]。這些化學藥劑主要是與一些溶解度比較小的鹽類發生反應，然后可以使成垢離子在水中穩定下來，保持其在水中擴散的狀態，而不會繼續在金屬表面進行成垢。目前，在各種防垢方法中，化學防垢法的技術比較先進和有效，作用范圍比較廣，阻垢的效果好，成本較低，而且施工非常簡單。因此，油田生產中大多使用阻垢劑來減輕或抑制油田結垢的發展，主要有4種方法：①酸處理法;②注CO2法;③螯合劑;④阻垢劑。由于阻垢劑法的成本較低，而且效果持續長，通常都是加阻垢劑進行防垢，該方法是直接將防垢劑隨著注入水擠入地層之中，使其與成垢離子之間發生絡合反應，然后使這些離子穩定下來。

3.3 物理防垢

物理防垢是指利用一些物理方法來減少或抑制垢晶體的擴大，使其在水中擴散，而不是在金屬表面進行不斷沉積。目前，物理防垢法主要有5種：①超聲波法;②磁化法;③電處理法;④輻射處理法;⑤催化處理法等。這種防垢法的主要優勢是不會污染環境，但是能夠作用到的范圍非常有限。

近些年以來，很多油田開始使用物理防垢器，目前主要

有3種技術：①WaterHacker技術;②Enmax技術;③量

子環通管技術。其中，最常用的是WaterHacker技術，這種技術可以持續產生高頻變頻方波，可以有效防止水垢形成，而且可以去除之前形成的水垢，不需要依賴的水流速度，并且還具有防腐、殺菌等功能。這種技術的優點是易于安裝，不用更換配管，不會產生堵塞管道的現象，基本不會影響流程。

4 結語

油田注水結垢會嚴重降低油田的采收率，相關從業者必須加大對油田注水結垢防治方面的研究力度，不斷創新，深入研究更加高效、經濟的新方法，盡可能地降低注水結垢對油田企業所造成的損失，為油田的順利開采提供良好的保障，從而推動我國經濟的全面發展。

參考文獻：

[1]馬慧斌，劉景霞.油田注水開發后結垢影響因素分析[J].中國化工貿易，2017，9（20）：233.

[2]劉春陽，胡芳芳，蔡宗虎，等.勝利油田注水系統結垢原因及其危害分析[J].中國化工貿易，2014，（32）：98.

[3]吳利超，屈亞寧，劉亞洲，等.低滲注水油田地層結垢的防治技術分析[J].中國化工貿易，2015，7（26）：166.

[4]張西子.化學防垢法的分析與探索[J].中國化工貿易，2020， 12（19）：84-85.

作者簡介：

張西子（1988- ），女，漢族，遼寧遼陽人，碩士，工程師，主要從事油田化學方面的工作。