高凝油摻水管網阻垢工藝現場試驗

柳佳辰（中國石油大學）

高凝油摻水管網阻垢工藝現場試驗

柳佳辰（中國石油大學）

針對油田高凝油摻水管網系統特定水質，分析了摻水系統污水的水質特點和垢樣組成成分，明確其腐蝕結垢原因。通過開展藥劑配方的篩選復配，篩選出了具有緩蝕、阻垢和乳化分散功能的高效阻垢劑，為驗證其現場應用效果，完成了現場試驗工藝設計和加藥裝置的制造安裝，開展了油田摻水管網現場阻垢試驗，設計了高凝油摻水管網緩蝕阻垢方案。通過現場試驗，減化了管道及加熱爐的結構，降低摻水壓力1%左右，提高加熱爐熱效率5%以上。

高凝油摻水管網阻垢節能

遼河油田作為國內最大的高凝油生產基地，油井地面集輸系統都采用雙管摻水伴熱，所摻熱水是將原油伴生的污水脫出軟化后再次利用。由于污水的性質不同，一些污水雖然經過一系列處理，但水質仍然較差，其顯著的特點就是總堿度高，含有大量的鈣、鎂等易結垢離子和氯、硫酸根等易腐蝕離子；在溫度和壓力等條件變化下容易在管道內壁析出結垢并產生垢下腐蝕，每年給油田摻水管網的管理帶來很大困難，浪費了數百萬立方米的天然氣，造成了巨大的經濟損失。

目前，成熟的水處理劑配方對通常條件下的結垢問題雖有較好處理效果，而一旦應用于高溫高壓條件下，阻垢劑就無法達到阻垢緩蝕控制目標；因此，需開展此方面研究，解決高凝油摻水管網的腐蝕結垢問題。

1　結垢機理

針對油田油井地面摻水管網系統結垢問題，通過水質和垢樣分析明確結垢原因，對垢樣進行微觀形態分析揭示結垢機理并確定阻垢工藝技術。采取室內靜態及動態模擬試驗，篩選復配適用于高凝油摻水管網系統的高效阻垢劑［1］。

以油田地面摻水管網為對象，采集現場摻水及管壁垢層，測量分析摻水中各項水質指標：總殘渣量、總溶解固體量、鈣硬度、總硬度、總堿度、總礦化度，以及石油類、SO42-、Cl-、溶解氧和CO2的含量。垢樣組成分析項目包括：含水率、氧化鈣含量、酸不溶物量、灼燒堿量、石油類和總鐵含量，利用電子掃描電鏡（SEM）和X射線衍射（XRD）觀察垢樣表面微觀形態和主要化學組成，明確結垢原因并根據結果選擇阻垢方法。通過對高凝油摻水管網的污水水質和垢樣成分分析，確定了高凝油摻水管網結垢的主要類型是以碳酸鈣為主的鈣垢和以殘渣為主的油質污垢，SEM和XRD結果顯示垢層的生成方式為晶格增長型（圖1）。

圖1　加藥前后垢樣SEM照片（放大倍數10000）

針對腐蝕結垢原因，篩選復配出具有阻垢、緩蝕和分散功能的阻垢劑，阻垢劑主要由聚磷酸鹽、鋅鹽、有機磷羧酸、有機膦酸和乳化分散劑組成。該阻垢劑阻垢效果好、鈣容忍度高、熱穩定性優良，并與油田水中化學物質配伍性較好。動態模擬實驗結果表明，即使在95℃高溫下阻垢率和緩蝕率均能保持98%以上。

2　現場試驗

在實驗室完成了藥劑篩選及復配試驗，對復配阻垢劑阻垢性能進行評價后開始進行現場應用試驗。根據實驗結果進行現場選址，并設計制造配套試驗設備，調整現有管路，架設試驗對照管線，完成了試驗裝置的安裝及調試。

針對高凝油摻水的典型結垢，采用的阻垢工藝集投加阻垢劑與性能評價于一體，設置對照管線來測定阻垢率以真實地反映阻垢劑的應用效果。利用自主設計制造的阻垢裝置在現場進行了為期3個月的中試試驗。評價結果表明，投加阻垢藥劑后管線的結垢厚度不超過原來的35%，阻垢緩蝕率達到96%，中試結果驗證了方案能夠阻止油田摻水管網結垢腐蝕的有效性。

可以在不改變原有摻水管線基礎上加裝該阻垢工藝，通過投加藥劑減少系統的結垢程度，延長管線清洗周期，為生產管理提供有力的技術支持，進而減少因結垢帶來的經濟損失，保障生產正常運行。

3　效果

管網及加熱爐的結垢速度不到原來的三分之一，降低管網壓力1%左右，加熱爐酸洗由每年1次可改為3年1次，管線酸洗由3年1次改為10年1次，平均加熱爐熱效率提高5%以上。平均每年節約酸洗費13萬元，減少更新管線費用、加熱爐費用10萬元，年節約天然氣10.1×104m3，價值6.2萬元，扣除加藥費1.5萬元，合計節約資金27.7萬元。

4　結論

1）新型阻垢劑的研制使用，解決了一般阻垢劑在高溫環境中阻垢率低和易分解等缺點，適用于油田水高鈣、高含油以及含有多種聚合有機物的特點。

2）自主設計的阻垢裝置打破了傳統的掛片法或拆卸原油管線法，利用對照管線評價阻垢效果，不會對摻水系統造成破壞，集投加阻垢劑與阻垢效果評價于一體，使裝置占用空間小，作業效率更高。

3）新型阻垢工藝經濟可行，能夠有效解決高凝油摻水管網的結垢問題。

［1］齊冬子.敞開式循環冷卻水系統的化學處理［M］.2版.北京：化學工業出版社，2006：16-18.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.002.005

2015-11-20）

柳佳辰，現就讀于中國石油大學（北京）（石油工程專業），E-mail：394133936@qq.com，地址：北京市昌平區府學路18號潤杰公寓1號樓450室，102200。