地面集輸系統集中結垢裝置研制及應用

岳潘東 李巖 楊虎（中國石油長慶油田分公司，陜西 西安 710018）

地面集輸系統集中結垢裝置研制及應用

岳潘東 李巖 楊虎（中國石油長慶油田分公司，陜西 西安 710018）

本文主要通過系統調查白于山作業區集輸注水系統管線結垢情況，對系統各節點的水樣、垢樣進行化學分析，研究其成垢機理，在此基礎上進行誘導結垢材料篩選及工藝研究，并進行集中誘導結垢裝置的研制。有效解決部分井組水型不配伍、近井地層及混輸系統結垢問題，降低因結垢而因此的生產損失。

地面集輸誘導結垢；水質；油田化學

1 水質及垢樣成分分析

1.1 水質分析

研究白于山作業區采出水結垢的根本原因，采集了白二增混合樣（長4+5）、白一計混合樣（長4+5）和XP20（延9），從以上分析結果看，XP20采出水屬于NaHCO3水型，白二增、白一計混合樣采出水屬于CaCl2型，水型不配伍，加之三組樣成垢離子的含量較高。

1.2 水體化學特征分析

從水樣分析結果來看，鈣含量很高，鋇、鍶離子亦少量存在，加上采出水中還含有大量SO42-、HCO3-等成垢陰離子，這就為地面集輸系統結垢提供了全部陰陽離子來源。熱力學不穩定的Ca（HCO3）2含量又高，在溫度、壓力或流速變化情況的地面集輸注水系統中結垢。

1.3 垢樣分析

垢物分析的目的是了解白于山作業區的結垢類型，為集中誘導結垢裝置的研制提供數據支撐。

（1）化學分析

對白一計、XP20管匯采垢，從垢樣分析結果表明，垢樣中的主要成分為碳酸鹽，含有少量硫酸鹽垢、硅酸鹽和鐵氧化合物。

垢樣分析實驗結果

垢樣XP20井管白一計碳酸鹽（鈣、鎂、鋇、鍶）81.80% 15.66%硫化物1.20 % 3.30%硫酸鹽0.33% 13.60%氯化鈉0.24% 0.16%硅酸鹽9.84% 19.09 % Fe2O30.72% 44.57%結晶水6.20% 3.62%

（2）X-射線衍射分析

對常規垢物化學分析篩選出來的垢樣采用X-衍射方法進行分析。由表可知，水系統所結垢物主要是碳酸鹽垢，少量含有硫酸鋇、硫酸鍶和硫酸鈣。

X-射線衍射分析結果

垢樣垢樣①號碳酸鈣鎂80.0%氧化鐵8.5%硫酸鋇1.0%采樣點XP20井管垢

2 集中誘導結垢裝置研制

2.1 集中誘導結垢裝置應用參數設計

（1）溫度，加溫需要耗費大量的電能，增加了設備使用成本，維護困難，因此，集中誘導結垢裝置不采用加熱升溫的方式。

（2）壓力，集中誘導結垢裝置使用時串聯與集輸系統中，使用壓力與集輸系統的內部壓力相同。

（3）流速。根據資料，液體流速對垢的形成主要有兩方面的作用，一是促進晶核在材料表面的吸附，二是對正在長大的晶體的沖刷作用，考慮流速與吸附，液體流速為1m/s時兩個作用達到平衡，晶體長大速度最大。據此，確定集中誘導結垢裝置設計流速為1m/s。

2.2 集中誘導結垢裝置結構形式設計

（1）外形結構

集中誘導結垢裝置應用環境為油田采出液輸送系統，系統壓力0.6pa，外形選擇圓筒形。

（2）內部填料形狀

壓力變化對結垢過程有促進作用；現場調研的情況也表明，在管道轉向及其它可以產生湍流、渦流的部位往往結垢嚴重，原因是在這些部位由于湍流和渦流的存在局部壓力產生了變化。集中誘導結垢裝置內部填料采用波浪板的形式，通過FLUENT仿真模擬技術對波浪板在流體通過時的壓力場的模擬分析，發現通過將填料板做成波浪狀，流體通過時會產生人工渦流，流場壓力會產生起伏變化，這就為誘導結垢提供了除材料外的另一個有利條件。

2.3 誘導材料的選擇

可誘導成垢因子附著并結垢的材料因素主要有材料的表面能和材料的粗糙度。經綜合考慮，決定采用聚乙烯和不銹鋼兩種材料作為誘導結垢材料。主要原因是聚乙烯材料表面能較高，且其板材具有一定的強度和硬度，不易被采出液腐蝕，使用壽命長，可反復使用，既可產生誘導結垢的效果，又方便人工除垢；不銹鋼表面能比聚乙烯材料小，但強度高，與聚乙烯材料混合排列可防止聚乙烯材料由于變形而失效，而且通過對不銹鋼材料表面的粗糙化處理，也可達到誘導結垢的目的。

3 現場應用效果

集中誘導結垢裝置2012年7月安裝位置白一計，投運2年，誘導結垢效果良好，使用后管線沒有發生明顯結垢現象，集輸注水系統運行平穩。

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