高尚堡區塊油田磁化阻垢實驗研究

范旭，王朝陽(.中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司，天津 30045；.中國石油集團西部鉆探工程有限公司試油公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引言

油田結垢在油田生產中是一個很普遍的現象，結垢會造成油氣通道堵塞、油層滲透率降低、產液量下降、油井生產能力降低、采油率降低，從而給油氣的開采和集輸帶來一系列的難題。對水垢的組成、預防及水的軟化，已經有了大量的研究，并找到不同的化學和物理防垢方法[1]。油田結垢不僅加速管道的腐蝕、降低油氣的開采效率、嚴重影響產能，而且結垢會造成設備堵塞，從而影響熱交換器的工作效率，在經濟上帶來相當大的損失[2]。

然而，若向油田污水中加入化學藥劑進行除垢、阻垢，不僅會增加企業的生產成本，而且還會導致環境污染。因此我們提出油田污水的磁化阻垢技術，但與工業污水不同的是，油田污水中具有更多的細菌、殘油等物質，而且阻垢效果隨著磁處理過程中的因素的差異而發生變化，因此為提高磁處理效果需要對其工況和介質進行量化研究。

1 高尚堡區塊油田磁化阻垢現場實驗及探究

油田污水除了具有和工業循環冷卻水相同的溶解氣、pH值、離子含量及懸浮物等的指標參數外，而且還含有大量細菌，以鐵細菌(FB)、硫酸鹽還原菌(SRB)、腐生菌(TGB)為主，另外油田污水中還含有大量的浮油和殘油。2012年以后，高尚堡區塊多口注水井在進行作業時會發現程度不等的結垢情況，尤其在油管內壁結垢比較嚴重[3]。

根據油田磁化阻垢的基礎參數(磁化阻垢裝置的磁場強度、磁處理次數、磁處理時的溫度)和工藝指標參數(陽離子含量、陰離子含量、pH值、殘余油含量和細菌含量)，對高尚堡區塊油田污水進行磁化阻垢現場試驗探究，采用控制變量法和掛片法，最后得出磁處理油田污水水質推薦指標。

1.1 磁場強度指標確定

在90℃、磁場強度分別為100 mT、200 mT、300 mT、400 mT、500 mT、600 mT和700 mT的磁場條件下，對Ca2+、Mg2+陽離子含量為400 mg/L，CO32-、SO42-陰離子含量為1 500 mg/L，pH值為8，所含殘油量約為20 mg/L的溶液進行3次循環處理，磁場方向垂直于溶液流動方向。實驗結果如表1所示。

表1 不同磁場強度下的阻垢率

由此可以看出，磁場強度在0～500 mT時，磁場強度越強，阻垢效果越好。500 mT之后，隨著磁場強度的增大，阻垢效果反而降低。

1.2 磁處理次數指標的確定

現采用磁場強度為500 mT的磁場，同樣在90 ℃條件下，對與上一實驗相同參數相同的溶液分別進行1次、2次、3次、4次和5次循環磁處理，保持磁場方向與溶液流動方向垂直。實驗結果如表2所示。

表2 500 mT磁場強度條件下，不同磁處理次數的阻垢率

由此可以看出，磁處理次數越多，阻垢效果也就越好。為了達到更好的阻垢效果，建議磁處理次數要在3次以上。

1.3 磁處理溫度指標的確定

采用磁場強度為500 mT的磁場，分別在溫度為30 ℃、50 ℃、70 ℃、90 ℃和110 ℃條件下，對之前實驗相同參數的溶液進行3次循環磁處理，磁場方向同樣與溶液的流動方向垂直。實驗結果如表3所示。

表3 500 mT磁場強度條件下，不同磁處理溫度的阻垢率

由此可知，隨著溫度的增加，阻垢效果越來越好。但考慮到能量的浪費問題，建議磁處理的溫度在90 ℃左右為宜。

你也許會說，既然“末”表示“最后”，反義詞自然就是表示“最前”的“首”啦！沒錯，“首”和“末”確實是一組反義詞，只不過這是后來引申出來的。

1.4 溶液中Ca2+、Mg2+含量的確定

現采用磁場強度為500 mT的磁場，在90 ℃條件下，分別對C、S陰離子含量為1 500 mg/L, pH值為8，所含殘油量約為20mg/L, Ca2+、Mg2+陽離子的含量為50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L、300 mg/L、350 mg/L和400 mg/L的溶液進行3次循環處理，磁場方向垂直于溶液流動方向。實驗結果如表4所示。

表4 不同Ca2+、Mg2+含量下的阻垢率

由此可知，隨著溶液中Ca2+、Mg2+含量的增加，阻垢率先降低后增加，在250 mg/L時阻垢率最低。又考慮到控制溶液中Ca2+、Mg2+含量太低的難度，建議將Ca2+、Mg2+含量控制在350～400 mg/L。

1.5 溶液中C、S含量的確定

現采用磁場強度為500 mT的磁場，在90 ℃條件下，分別對陰離子含量為300 mg/L、500 mg/L、700 mg/L、900 mg/L、1 100 mg/L、1 300 mg/L、1 500 mg/L、1 700 mg/L和1 900 mg/L, pH值為8，所含殘油量約為20 mg/L, Ca2+、Mg2+陽離子的含量為400 mg/L的溶液進行3次循環處理，磁場方向垂直于溶液流動方向。實驗結果如表5所示。

表5 不同C、S含量下的阻垢率

表5 不同C、S含量下的阻垢率

CO3 2-、SO42-離子含量/(mg/L)Ca2+、Mg2+含量/(mg/L)pH值 阻垢率/%300 400 8 66.36 500 400 8 72.30 700 400 8 74.35 900 400 8 83.75 1 100 400 8 90.67 1 300 400 8 91.12 1 500 400 8 91.67 1 700 400 8 82.13 1 900 400 8 76.25

1.6 溶液pH值的確定

現采用磁場強度為500 mT的磁場，在90 ℃條件下，對Ca2+、Mg2+陽離子的含量為400 mg/L，C、S陰離子1 500 mg/L，所含殘油量約為20 mg/L, pH值分別為6、7、8、9、10、11和12的溶液進行3次循環處理，磁場方向垂直于溶液流動方向。實驗結果如表6所示。

表6 不同pH值下的阻垢率

由此可以看出，隨著溶液pH的增大，阻垢率先增大后減小，在9～10左右取得最大值。另外考慮到避免發生酸性腐蝕，建議溶液的pH值應不小于7，最佳區間為8～10。

1.7 溶液含油量的確定

現采用磁場強度為500 mT的磁場，在90 ℃條件下，對Ca2+、Mg2+陽離子的含量為400 mg/L，C、S陰離子1 500 mg/L，所含油量分別為0、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L和50 mg/L，pH值為8的溶液進行3次循環處理，磁場方向垂直于溶液流動方向。實驗結果如表7所示。

表7 不同含油量的阻垢率

1.8 磁處理殺菌時間的確定

現采用磁場強度為500 mT的磁場，在90 ℃條件下，對上述中所述溶液進行殺菌處理，殺菌的強弱用滅菌率來量度，實驗結果如表8所示。

表8 不同殺菌處理時間下的滅菌率

從上面表中可以看出，15分鐘時滅菌率就達到了68.32%，90 min后滅菌率就達到了91%，因此建議殺菌處理時間不少于90 min。

2 現場實驗效果及評價

采用以上工藝指標對高尚堡區塊油田注入水進行了磁化處理，將處理后的水注入地層，與未處理的注入水直接注入地層進行效果對比。經過3個月，未經處理流經的加熱爐出口管線結垢10 mm左右(如圖1所示)，而經過磁場處理注入水流經的加熱爐出口管線并未發現明顯結垢情況(如圖2所示)。據此可知，按照上述工藝指標油田注入水進行處理，確實能夠達到明顯的阻垢效果。

圖1 未處理的注入水流經的管線

圖2 經處理的注入水流經的管線

3 磁處理油田污水水質推薦指標

結合SY/T 5329—2012 《碎屑巖油藏注水水質推薦指標》及GB/T 50050—2017 《工業循環冷卻水處理設計規范》，綜合1.1中對各指標的分析確定，可以得出磁處理油田污水水質推薦指標，如表9、表10所示。

表9 基礎指標參數

表10 工藝指標參數

4 結語

(1)對磁化阻垢機理系統研究后，發現磁化阻垢技術不僅可以提高對碳酸鈣垢和硫酸鈣垢等微溶鹽類的溶解度，同時可起到降低油滴粒徑和殺滅細菌的作用，因此可用于油田污水處理。

(2)經過磁場磁化后的水會表現出電導率升高，表面張力與黏度增大，對NaCl、Ca(HCO3)2等及氣體的溶解能力有所提高，封閉系統條件下pH值升高等物理化學性質的變化。

(3)針對油田污水的工藝指標參數分析。陽離子方面，控制Ca2+、Mg2+及Fe2+含量；陰離子方面，對含C的體系的作用要比含S的體系的作用效果好；為了避免發生酸性腐蝕，pH值應控制在7～11之間；油田污水中的殘油和細菌也會對磁化效果產生影響。

(4)未來應進一步研究磁處理油田污水阻垢的理論技術在原有技術工藝改進的同時增加新的技術，如機器學習和大數據技術，提出一套適合于油田污水磁處理的水質指標參數體系，加速該技術在石油行業的推廣應用。