文明寨油田集輸管網的物理法防垢研究

郭亞強,彭賀林,許剛,彭代中吳惠群,李品,周杰,石巖 (中石化中原油田分公司第三采油廠,山東聊城 252429)

文明寨油田集輸管網的物理法防垢研究

郭亞強,彭賀林,許剛,彭代中吳惠群,李品,周杰,石巖 (中石化中原油田分公司第三采油廠,山東聊城 252429)

隨著油田開采的不斷深入,油井進入高含水期,加上地層出砂,地面集輸管道結垢現象不斷加劇,集輸生產效率降低,造成維護時資金浪費,并存在安全生產隱患。通過對文明寨油田結垢機理的分析,結合現有的除垢技術,引用物理法(電磁防垢)防垢儀器進行防垢試驗,通過在集油干線的試驗論證物理法(電磁防垢)防垢在集輸管網防垢方面的可行性,為油田的防垢措施提供經驗參考。

文明寨油田;集輸管網;結垢;電磁防垢

隨著油田開采的不斷深入,油田開發進入后期的高含水期,在地層液產出過程中,從地層到井筒儲積、管道輸送到聯合站的過程中,極易在地層、井筒、管道等位置形成結垢,給油田生產帶來很大的危害,特別是在地層出砂嚴重的區塊,管道結垢現象逐年加劇,造成集輸管道生產效率降低,管道運行壓力升高,管道滲漏穿孔頻繁發生,極易導致火災甚至爆炸的安全隱患。為此,對管道結垢機理和防垢技術、設備的研究非常有必要。

1 文明寨油田管線結垢分析

文明寨油田是一個在穹隆背景下被斷層復雜化的極復雜斷塊油田,斷層多、斷塊小、構造極復雜, 在8.7km2內發育275條斷層、221個斷塊。選取明一西開發單元上的單井儲層物性、產出液礦化度、氯離子等數據進行分析,該區塊儲層巖性主要是長石砂巖,碎屑顆粒成分以石英和長石為主,膠結物主要為泥質和碳酸鹽,儲層中碳酸鹽膠結物結構為已結晶的灰質和白云巖。在了解了地層儲層物性后對產出水分析,發現地層水原始礦化度非常高,達到了6.72×104mg/L以上,產出水型為氯化鈣型水[1]。當水中的礦物質含量超過其飽和溶解度時,鈣(鎂)離子和酸根離子(統稱成垢離子)就會析出形成方解石并粘附在器壁上生成水垢,同時水垢也在不斷地溶解成離子重新回到溶液中;當離子析出形成水垢的速度快于水垢溶解成離子的速度時,垢層厚度逐漸增長;當兩者速度相等時,垢層厚度不再增長,反之垢層厚度逐漸減少[2]。

通過對儲層物性、產出液污水、管線垢樣的綜合分析認為,明一西區塊集輸管道結垢主要是由于產出液中的鈣、鎂離子含量高形成的碳酸鹽和地層砂在管線內壁膠結后形成的砂垢。

由于文明寨油田的原油開采已進入了高含水期,隨著產出液含水的不斷上升,集輸管道結垢現象日趨嚴重,管道結垢后管道縮徑,流通截面積變小或堵塞,導致系統外輸壓力升高,高壓運行容易引發管道穿孔,造成大量的油氣泄漏、給油田生產帶來損失,甚至由于穿孔隱患導致火災事故的發生。另外管道結垢還會誘發管道局部腐蝕,也會導致管道局部滲漏甚至穿孔頻繁發生。確保安全生產,合理有效地預防、清除結垢,成為集輸生產中急需解決的現實問題。

2 廣譜感應水處理器除垢原理

物理法防垢技術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,主要有超聲波處理和磁處理2種方法[3]。物理法防垢是阻止無機鹽沉積于系統壁上,允許無機鹽在溶液中形成晶核甚至結晶,但要求這種結晶懸浮于溶液中不粘附于系統的器壁上。其中磁場效應防垢技術在可能成垢的水體外加強磁場,可影響水溶液中離子間的吸引力,改變無機鹽的結晶條件,阻止晶體析出沉淀。受磁場效應防垢技術的啟發,筆者利用廣譜感應水處理器對管線進行防垢處理。

1)防垢原理 廣譜感應水處理器正是基于物理法防垢(電磁防垢)的原理,適用于碳酸鈣(鎂)、硫酸鹽和硅酸鹽等。廣譜感應水處理器通過主機產生一個頻率、強度都按一定規率變化的感應電磁場。該電磁場使水中的成垢離子結合成大量的文石晶核,當水中礦物質含量超過水的飽和溶解度時,成垢離子就會析出并優先生長在這些晶核上形成文石晶體,這樣向器壁上析出水垢的趨勢被轉化成向懸浮在水中的大量文石晶核上析出形成文石晶體,這些文石晶體的粘附性很弱,呈松軟絮狀,懸浮在水中,很容易被水流沖走,這樣就達到了防垢的目的。

2)除垢原理 管壁上已經形成的垢同時在不斷的向水中溶解,在廣譜感應水處理器的作用下,成垢離子向器壁上的析出變成向懸浮在水中的大量文石晶核上析出,即大量的文石晶體析出取代了方解石晶體析出,原水垢逐漸溶解,由于溶解速度不均,垢會變得疏松并脫落,被產出液沖走。

3)緩蝕機理 水銹在感應電磁場的作用下被清除后,在管道內壁形成一層金屬氧化膜,這層氧化膜會阻止新的水銹生成,防止了管道內壁腐蝕穿孔。

3 現場試驗

在明一西區塊結垢比較突出的明三輸油干線進行試驗,選取輸油干線中間的明7號站作為試驗儀器安裝點,將廣譜感應水處理器的線圈纏繞在管道外壁上,通過廣譜感應水處理器主機給管線外增加一個磁場,對管線實施清防垢操作。

明三輸油干線在未使用物理法(電磁防垢)防垢技術前,每半年需要機械射流清垢一次,垢厚都在3cm以上,給生產帶來很大的影響。通過在明三輸油干線明7號站安裝廣譜感應水處理器后,集輸干線各計量站外輸壓力保持穩定,特別是終端站外輸壓力一直保持在0.8MPa左右,與管線正常生產時的壓力保持一致,其他幾個沿途站壓力都保持在一個穩定的壓力狀態,即便是冬季生產氣溫下降的情況下各站壓力及整個外輸壓力都保持平穩。

圖1 使用前管道內壁結垢

圖2 使用后管道內壁結垢

通過應用廣譜感應水處理器,使用2年內沒有出現因外輸壓力高而實施的管線清垢情況,也沒有出現垢下腐蝕造成的管線滲漏和穿孔現象發生,這說明管線內沒有形成新的垢,砂垢沒有在管線內壁結成高低不平的垢峰而導致壓力升高。在使用物理法(電磁防垢)防垢技術1年左右時對管線實施了檢測,管線內壁垢只有薄薄的一層,沒有明顯凹凸起伏的垢形成,物理法(電磁防垢)防垢技術得到了驗證,具體效果如圖1和圖2所示。

4 結論與認識

1)物理法(電磁防垢)技術對文明寨油田高礦化度形成的結垢有明顯的緩解作用。

2)利用物理法(電磁防垢)技術可以使管道內已形成的垢逐漸溶解,保持集輸干、支線壓力逐漸穩定。

3)廣譜感應水處理器安裝簡單、便于操作和管理,可以在各油井進行進一步的試驗和應用推廣。

[1]蔡愛斌,吳建軍,侯德霞,等.中原油田回注水結垢問題分析[J].石油化工腐蝕與防護,2004,21(2):62-64.

[2]徐慶磊,彭波.管道結垢原因分析[J].油氣儲運,2008,27(1):60-61.

[3]陳志剛,梅平.油田水結垢及其預測軟件的應用[J].石油儀器,2001,15(2):25-29.

[編輯]洪云飛

TE358

A

1673-1409(2014)26-0116-02

2014-03-23

郭亞強(1981-),男,工程師,現主要從事采油及集輸技術管理方面的研究工作。