某油田生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)垢問(wèn)題分析和治理

中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津市，300459） 孟 巖

1 背景

某油田中心平臺(tái)井口物流液相溫度設(shè)計(jì)值為62℃，實(shí)際投產(chǎn)運(yùn)行后，實(shí)際溫度較設(shè)計(jì)值偏差較大，溫度達(dá)到85℃。平臺(tái)在使用的防垢劑在此實(shí)際溫度下無(wú)法達(dá)到原有設(shè)計(jì)效果，現(xiàn)場(chǎng)管線設(shè)備結(jié)垢嚴(yán)重。而且水質(zhì)礦化度高，尤其水源井水與流程中處理后的生產(chǎn)水摻雜之后，管線、設(shè)備等結(jié)垢現(xiàn)象更為突出，給現(xiàn)場(chǎng)的安全生產(chǎn)帶來(lái)了不利影響。設(shè)備及管線結(jié)垢產(chǎn)生后，為SRB 細(xì)菌的繁殖提供條件，使防腐劑無(wú)法與金屬表面接觸，間接造成設(shè)備及管線腐蝕[1]。管線流程沉積大量垢樣，直接造成管線縮徑，部分閥門開(kāi)關(guān)困難，自動(dòng)調(diào)節(jié)元件故障，造成生產(chǎn)流程處理能力下降。處于生產(chǎn)流程下游設(shè)備尤其在產(chǎn)生結(jié)垢后生產(chǎn)負(fù)荷不斷增大，如電脫水器水相液位升高，時(shí)常出現(xiàn)掉電等狀況，給設(shè)備管理和維護(hù)造成極大困難。現(xiàn)場(chǎng)必須采取相應(yīng)措施解決結(jié)垢問(wèn)題，保證生產(chǎn)穩(wěn)定。

2 生產(chǎn)系統(tǒng)流程簡(jiǎn)述

油田水系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述如下：由于該平臺(tái)生產(chǎn)水無(wú)法完全滿足注水需求，故油田水系統(tǒng)水源主要由水源井水和生產(chǎn)污水兩部分組成。第一部分水源井水通過(guò)電泵提升至地面，通過(guò)旋流自動(dòng)除砂器脫出地層砂，進(jìn)入注水細(xì)濾器、緩沖罐等注入地層。第二部分為生產(chǎn)污水，經(jīng)過(guò)油處理系統(tǒng)的一級(jí)分離器、二級(jí)分離器、電脫等設(shè)備分離出的污水依次進(jìn)入斜板除油器、氣浮、核桃殼濾器后經(jīng)過(guò)注水濾器、緩沖罐增壓厚注入地層。

水系統(tǒng)處理總流程見(jiàn)下圖1。生產(chǎn)水和水源井水系統(tǒng)設(shè)備的壓力、溫度數(shù)據(jù)如下表1所示。

表1 平臺(tái)注水系統(tǒng)主要設(shè)備及參數(shù)

圖1 平臺(tái)注水系統(tǒng)總流程圖

3 結(jié)垢影響因素分析

地下油氣藏復(fù)雜的壓力、溫度、含蠟、含水等因素的影響，使得地面流程為滿足不同生產(chǎn)需要而改變的生產(chǎn)狀態(tài)無(wú)法避免的導(dǎo)致地面油氣水系統(tǒng)等平衡狀態(tài)變化。隨著地面流程中各種壓力、介質(zhì)、溫度等的變化，水源井水和生產(chǎn)污水的內(nèi)在狀態(tài)平衡被打破。地層水中含有大量的結(jié)垢離子時(shí)，當(dāng)?shù)孛媪鞒讨形锪鞯膲毫Α囟取⒔橘|(zhì)等發(fā)生變化時(shí)，會(huì)不同程度的設(shè)備中產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象。針對(duì)油田目前結(jié)垢程度最高的生產(chǎn)污水系統(tǒng)，在保持某一形成條件不變的情況下，對(duì)結(jié)垢的變化趨勢(shì)進(jìn)行了對(duì)比研究。

從圖2中可以看到，生產(chǎn)污水溫度達(dá)到62℃時(shí)，CaCO3結(jié)垢析出，隨壓力的增大結(jié)垢物逐漸減少，隨壓力的減小結(jié)垢物逐漸增多。壓力為200kpaG 時(shí)的垢的重量為180mg/L，當(dāng)壓力為13Mpa 時(shí)垢的重量為170mg/L。

圖2 65℃，壓力對(duì)生產(chǎn)污水結(jié)垢影響

從圖3中可以看到，生產(chǎn)污水溫度達(dá)到85℃時(shí)，CaCO3結(jié)垢析出，隨壓力的增大結(jié)垢物逐漸減少，隨壓力的減小結(jié)垢物逐漸增多。壓力為200kpaG 時(shí)的垢的重量為226mg/L，而壓力為13Mpa 時(shí)垢的重量為215mg/L。

圖3 84.5℃，壓力對(duì)生產(chǎn)污水結(jié)垢影響

從圖4 中可以看到，壓力為200kpaG 時(shí)，CaCO3結(jié)垢析出，隨溫度的升高而結(jié)垢產(chǎn)物逐漸升高，隨溫度的減小結(jié)垢產(chǎn)物逐漸減少。溫度為62℃時(shí)的垢的重量為179mg/L，而85℃時(shí)的垢的重量為226mg/L。

圖4 174kpaG，溫度對(duì)生產(chǎn)污水結(jié)垢影響

從圖5中可以看到，壓力升高，達(dá)到運(yùn)行壓力的13Mpa時(shí)，CaCO3結(jié)垢析出，隨溫度的升高結(jié)垢量逐漸增大，隨溫度的減小結(jié)垢量逐漸減少。當(dāng)溫度為85℃時(shí)的結(jié)垢量為215mg/L，而當(dāng)溫度為62℃時(shí)的結(jié)垢量為170mg/L，為了方便對(duì)比在不同的物流運(yùn)行條件下，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備結(jié)垢的不同趨勢(shì)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，制成圖表。如下表2。

表2 生產(chǎn)污水在不同運(yùn)行條件下結(jié)垢量(單位mg/l)

圖5 12Mpa，溫度對(duì)生產(chǎn)污水結(jié)垢影響

通過(guò)對(duì)比分析不同條件下水系統(tǒng)運(yùn)行情況，結(jié)合生產(chǎn)水結(jié)垢機(jī)理和不同因素的影響，得到現(xiàn)場(chǎng)結(jié)論如下：①在溫度、壓力等參數(shù)相同的情況下，生產(chǎn)污水結(jié)垢傾向比較大；②隨著溫度的逐漸升高，結(jié)垢量逐漸增多；隨著壓力的逐漸增大結(jié)垢量逐漸減少；③對(duì)比同一系統(tǒng)內(nèi)水的運(yùn)行，溫度對(duì)水系統(tǒng)結(jié)垢的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于壓力對(duì)水系統(tǒng)結(jié)垢的影響。

4 防垢措施

4.1 化學(xué)防垢

防垢劑在污水處理過(guò)程中，起著非常重要的作用。防垢劑選用準(zhǔn)確合適，就能有效的阻止無(wú)機(jī)鹽在溶液和流體通道壁上結(jié)晶沉淀[3]。針對(duì)油田中心平臺(tái)工藝情況與生產(chǎn)水特性，防垢劑BHF-07A 在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用過(guò)程中，雖然一定程度緩解了油田的結(jié)垢問(wèn)題，但仍無(wú)法完全滿足現(xiàn)場(chǎng)注水等系統(tǒng)的防垢要求，因此于2013 年5 月對(duì)BHF-07A 進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化，通過(guò)室內(nèi)篩選出防垢劑BHF-11 防垢效果良好，優(yōu)于在用防垢劑BHF-07A。

新型防垢劑BHF-11 原防垢劑BHF-07A 相同濃度下（30ppm），新型防垢劑BHF-11 在水源井系統(tǒng)的防垢率達(dá)到92%以上（原防垢劑BHF-07A 防垢率89%），在原油系統(tǒng)防垢率達(dá)到94%以上（原防垢劑BHF-07A防垢率86%）。因此新型防垢劑防垢效果明顯優(yōu)于原防垢劑。通過(guò)對(duì)新型防垢劑在不同濃度下的防垢率效果對(duì)比，新型防垢劑加藥濃度在30ppm 時(shí)，防垢率在92%以上，結(jié)合室內(nèi)篩選的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，油田在調(diào)整防垢劑下藥濃度后，能夠起到很好的防垢作用。

4.2 物理防垢

平臺(tái)一、二級(jí)分離器和電脫水器水相出口結(jié)垢嚴(yán)重，造成電脫水分離器分離出的生產(chǎn)污水無(wú)法滿足現(xiàn)有生產(chǎn)制度下處理和輸送至下一級(jí)流程，造成電脫水器處理能力下降、電脫時(shí)常掉電等狀況。單單依靠化學(xué)防垢的方法很難阻止結(jié)垢的進(jìn)一步形成，為此平臺(tái)以電脫水器水相出口為研究節(jié)點(diǎn)，開(kāi)展在管線上安裝WaterHacker物理防垢器作業(yè)。

4.3 電脫水器生產(chǎn)水管線酸洗除垢措施垢

在采取化學(xué)與物理防垢的同時(shí)，開(kāi)展對(duì)管線進(jìn)行酸洗作業(yè)，酸洗的目的是利用酸洗液與垢、鐵的氧化物進(jìn)行反應(yīng)，生成可溶性物質(zhì)而除去[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

油田生產(chǎn)系統(tǒng)中由于壓力、溫度、流體物性、組分等變化，導(dǎo)致管線、設(shè)備等防垢、除垢等措施不斷優(yōu)化，現(xiàn)場(chǎng)必須根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合資料文獻(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整作業(yè)方案，保證作業(yè)效果和經(jīng)濟(jì)性。化學(xué)法防垢的采用需要以室內(nèi)試驗(yàn)為基礎(chǔ)，確定除垢劑的合理組成，以達(dá)到最佳的除垢效果；對(duì)于海上油田生產(chǎn)水系統(tǒng)，在現(xiàn)場(chǎng)安全環(huán)保經(jīng)濟(jì)等滿足條件的情況下，應(yīng)該盡可能的使用物理防垢和化學(xué)防垢搭配的方法，以保證注水系統(tǒng)結(jié)垢控制。同時(shí)積極運(yùn)用除垢措施，降低管線堵塞和腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。