海上油田聚合物配注工藝流程結垢分析

馬龍（中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司 天津 300452）

前言

隨著海上勘探程度的提高，新發現的油田中稠油所占的比重越來越大，很多油田進入高含水期，提高稠油油田的采收率技術尤為重要。聚合物驅在我國陸地油田是比較成熟的提高采收率技術。采用該技術，陸上油田采收率能提高10%以上[1]。

中海油于2003年至今，在渤海區域，綏中36-1油田I期、旅大10－1油田均已開展了大范圍的聚合物驅工作[2]。為了更有效的實施聚合物驅工作，各種優化工藝研究[3]和改進技術層出不窮，但是流程及設備結垢問題一直沒有解決。

本文對此問題，從聚驅工藝、水質、藥劑等方面進行了研究分析，闡述了工藝過程中，溫度變化，壓力變化以及聚合物溶解過程對結垢的影響。

一、結垢情況與影響

1.結垢基本情況與垢樣分析

結垢嚴重部位主要是溶解罐內壁、輸送泵過濾器、喂入泵過濾器、熟化罐內壁以及高壓注入管線流量分配器等部位。我們對垢樣分析采用X射線衍射法、X射線熒光光譜進行檢測，根據衍射譜圖和電鏡能譜的數據可判斷垢樣無機結晶成分主體為(Mg0.03Ca0.97)CO3約占90%以上，，可知結垢主要來源于水中二價離子的碳酸鹽。

2.結垢影響

結垢對流程中的運轉設備和流程均造成了了破壞：結垢造成螺桿喂入泵定子轉子磨損嚴重；造成柱塞泵凡爾總成、柱塞嚴重磨損，彈簧斷裂；兩位電動蝶閥的動作因密封面結垢關閉不嚴，內漏回流，甚至無關閉反饋信號；熟化罐內壁結垢到一定厚度后，發生龜裂脫落，堆積在底部，造成出入口堵塞。

二、結垢原因分析[4]

渤海灣油田平臺注聚配注系統[5]采用了聚合物母液間歇配制、目標液分井注入的工藝。溶解罐水粉混合頭的混合過程：配注水通過縮頸噴嘴后呈霧狀噴出，與高速空氣流攜帶下的聚合物顆粒發生撞擊接觸混合，混合后的溶液進入溶解罐進行攪拌，并通過輸送泵送至熟化罐。分析和檢測在此過程，有理由認為會發生如下變化：

溫度突降：65℃-70℃的配注水呈霧狀與常溫空氣以及聚合物顆粒混合后，溫度突降至50-53℃。

氧化反應：通過高速氣液相的撞擊混合，液相組分必然急劇增大氧氣接觸面積。

壓力突降：配注水的壓力從1MPa經過噴嘴后，突降為常壓。

熟化過程：聚合物混配液在熟化罐中不斷攪拌，聚合物分子在水中逐步展開，粘度逐漸增大，同時由于熱損失，溫度有緩慢降低。

高壓泵注入過程：喂入泵將溶解熟化后的溶液初步增壓1MPa后，送至高壓注入泵，增壓到8-12MPa后，經過分配器與高壓來水混合后，注入井下。

通過工藝過程分析，我們看到整個過程發生了溫度、壓力、水溶氣這三個參數的變化。因此，我們主要分析這三個條件的變化影響。

1.水質分析

取樣LD10-1和SZ36－1油田注聚水樣進行水質分析，結果表明Ca2+濃度約800mg/L，Mg2+濃度約250mg/L，CO32-濃度約0.00mg/L，HCO3-濃度平均16omg/L，Cl-濃度平均5500mg/L。

2.pH值影響

為了更加深入的探討pH值沉淀影響，做了如下實驗，首先測定溶解聚合物之后的聚合物溶液pH，使用NaOH溶液調節注入水的pH，之后按照水質分析標準，滴定不同pH注入水的鈣離子含量，滴定結果如下：

表1 不同pH值注入Ca2+水含量

通過實驗表明，溶液中的Ca2+含量隨pH升高而降低，當pH＝10時，已經出現明顯沉淀。根據結垢傾向預測結果，由此可看出pH值對結垢的影響很大，隨著pH值的增大結垢量增大。

目前采用的多為線性聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺[6]在生產過程中，需要使用NaOH進行水解，所以，一般稱為水解聚丙烯酰胺。

由于化學式（1）存在化學平衡，OH-的不斷加入，造成反應向生成CO32-的方向移動，最終導致生成CaCO3的沉淀。特別是殘留NaOH過多，將對ph產生影響。

3.溫度影響

模擬了條件：壓力1atm，流量30m3/h，ph=7的溫度對結垢影響，結果如下表：

表2 溫度對鈣鎂二價離子的溶解度影響

通過模擬數據可以知道，溫度對鈣鎂二價離子的溶解度影響明顯。

4.壓力影響

模擬了條件：溫度50℃，流量30m3/h，ph=7的壓力對結垢影響，通過模擬數據表明壓力對鈣鎂二價離子的溶解度影響很有限。

結論與建議

通過對垢樣分析，發現垢樣主要由無機結晶成分(Mg0.03Ca0.97)CO3組成，約占90%以上，其余為少量的硅鋁酸鹽物質，可知水中的高硬度，是注聚結垢的主要內因，其中主要是鈣離子所形成的碳酸鈣垢。

通過對目前的工藝流程分析，結合模擬實驗，結果表明：壓力變化對結垢現象影響較小，可以忽略不計；溫度對鈣鎂鹽的溶解度影響較明顯，溫度在70℃下，降低20℃，能夠導致氯化鈣鹽的溶解度減少10%以上，是結垢的主要因素。ScaleChem垢化學分析系統結垢趨勢預測結果表明pH值對結垢的影響很大，隨著pH值的增大結垢量增大。pH值升高，會導致鈣離子的溶解度降低，造成沉淀。

改造流程以及相關設備，減少流程各個環節熱量的損耗，特別是熱損失最大的水粉混合頭配液過程，改變風送混合方式為重力下落混合，這些措施有利于改善結垢形成。嚴格控制聚合物產品中殘余NaOH含量，也可以通過添加緩沖弱酸來去除其對ph值的不利影響。以及加入相應的阻垢劑，可以減緩結垢的形成，減少因此造成的設備磨損。

通過以上多項措施的改進，目前，海上小平臺聚驅流程設備的結垢對流程的影響得到了有效的控制。

[1]周守為，韓明，張健，等.用于海上油田化學驅的聚合物研究[J].中國海上油氣，2007,19（1）：25-29.

[2]張賢松，孫福街，馮國智.渤海稠油油田聚合物驅影響因素研究及現場試驗[J].中國海上油氣，2007,19（1）：30-34.