油田管道結垢的成因及除防垢技術

周佳旭（哈爾濱石油學院石油工程系2014級2班，黑龍江哈爾濱150027）

油田管道結垢的成因及除防垢技術

周佳旭（哈爾濱石油學院石油工程系2014級2班，黑龍江哈爾濱150027）

油田開發中結垢現象影響著油井正常生產、增加地面能耗和抽油桿的負荷，為此針對油田注水開發結垢的成因，提出了除垢解垢的措施。

結垢；成因；防垢

目前，我國油田大部分已進入開采的中后期，注水開發工藝由于注入壓力的不斷升高，地層水隨著原油被采出，使得水含量的不斷攀升，致使油田系統的結垢問題日趨嚴重。由于注水開發始終伴隨著結垢問題，因此結垢是油田注水開發堵塞的主要原因之一，也對采油管線和集輸管線造成一定的損害[1]。如何解決油田開發的結垢問題，已經成為目前需要解決的一個極其重要的問題。

1 結垢的成因及危害

1.1 不配伍性引起的結垢

我國油田大部分普遍都采用多層位混合開采、多層位產出液混輸的原油集輸處理方式，由于不同層位的原油進行混合集輸、注入水與地層水的不配伍性以及多層位混合開采、多層產出液集輸的處理方式，致使注入水與地層水中所含的成垢離子如Ca2+、Mg2+、Ba2+、CO32-、SO42-等相遇而產生的沉淀結垢，而且結垢的類型較多，不利于油田正常生產。若有HCO3-、CO32-、SO42-等陰離子的存在，就有可能形成一系列沉淀物，此為油田結垢的內在因素[2]。目前垢物約百余種，但油田中最常見的主要是碳酸鈣（鎂）垢、硫酸鈣（鎂）垢、硫酸鋇垢和硫酸鍶垢，且大多是混合垢，很少見到單一垢。

1.2 條件變化引起的結垢

①溫度的影響

溫度能夠改變易結垢鹽類的溶解度，油田中除CaSO4·2H2O溶解度存在最大值外，其結垢鹽類均隨溫度的升高而降低。這些鹽類結垢中以碳酸鹽為主，升高溫度Ca(HCO3)2會分解產生CaCO3結垢：

此反應為吸熱反應，升高溫度平衡向右移動，使CaCO3的析出而結垢。對于以CaSO4、BaSO4、SrSO4為主的鹽類垢亦同理。

②壓力的影響

通常壓力對CaCO3、CaSO4以及BaSO4等溶液結垢均有影響，特別是CaCO3，因氣體CO2參與反應，所以壓力對反應的影響更為顯著，其結垢機理為：壓力降低使方程向右進行，可以促進CaCO3結垢得形成。因此，在油田集輸管道中，壓力一般都是降低的，結垢有上升的趨勢。

③pH值的影響

研究表明，溶液的pH值較低時，CaCO3在水中的溶解度較大，若提高溶液的pH值，碳酸鹽將快速結晶，垢形成的誘導期被縮短，促使結垢；但pH值過低，溶液呈酸性，反而促進溶液腐蝕管道，易引起腐蝕垢的形成，所以推薦溶液的pH值6.5～8為宜。對于硫酸鈣垢，pH值影響卻不大。

④流速的影響

在流體動力學中，液流流態、流速和流量是影響結垢的主要因素[3]。在相同條件下，采用不同的流速、流量，若流量、流速越小，則結垢趨勢越強，主要是由于液流的剪切力增強了剝蝕的能力，若增大流速，也就提高了對結垢的去除效果。因此結垢趨勢在滲流中最大、層流中次之、紊流中最小。

1.3 化學驅引起的結垢

對于化學驅，若使用堿性水驅油，注入的堿性水會影響水中的pH值、離子含量等，致使化學平衡的發生改變，可能產生碳酸鹽、硫酸鹽、氫氧化物的結垢。

此外，細菌在有利條件進行大量繁殖及細菌的代謝產物，也是造成阻塞的一個因素。

2 結垢的危害

油水井結垢給油田生產帶來很多問題，其危害主要有：

①油層及近井地帶結垢會堵塞油氣通道，降低油層滲透率，增加流動阻力，使油井產液量下降，對于低滲透油田的影響則更加嚴重。

②注水系統結垢，會減小管線的截面積，使供、注水管道和油管的流量下降，此外，注水井近井地帶結垢致使注水壓力升高、能耗增加。

③抽油桿結垢會增加其負荷、降低泵效或造成卡泵故障。

④管道和設備表面結垢會造成垢下腐蝕，甚至穿孔。若加壓垢物堵塞和腐蝕的管道可能會發生爆裂，最終將導致大面積停產的現象。

3 除垢防垢方法

3.1 分開不配伍的水

水的不配伍性可以說是造成油水井結垢的主要原因，因此在油田注水開發過程中，應該盡可能避免不配伍的注入水和地層水混合，必須選用與地層水配伍性好且與儲層配伍性好的注入水進行回注；當油田的地層水與注入水難以相容時，要全面優化注入水的水質，確保注入水水質優良[4]。在原油輸送過程中，應盡可能避免兩種不配伍的產出液相混合輸送。

3.2 脫氣處理

油田水由于流經所處環境的溫度、壓強的變化，其溶解的氣體可能將大量的逸出，導致形成多種垢，例如水中的CO2可以促進形成CaCO3，SO2可以促進形成FeS，這些垢不但會阻礙原油的流動，而且還會造成管道腐蝕，所以要除去水中溶解的氣體。

3.3 周期性滴入化學防垢劑

針對已經結垢的井筒，可將防垢劑周期性的滴加到篩管的上部、油泵的下部、井筒的環形空間，化學防垢劑溶于介質中可分解碳酸鈣等多種垢。

3.4 高壓水除垢

利用高壓水噴射是清理油井管網內結垢的常見方法，以清水為媒介加壓，通過專門的清洗設施以強力水流噴射到管壁處，把結垢有效的剝離下來，此方法的優點原理簡單、成本低，對環境無影響，缺點是對硬性結垢難于清洗。

3.5 機械除垢

該法應用最早，核心部件為強力清管器。與其它除垢方式相比清管器除垢具有價格低廉、操作簡便、施工強度低、施工設備簡單、施工周期短且無污染等特點[5]。但因為清管器是做直線運動，一般清理5～6遍才可將管內垢層清理干凈，且效率低、質量差，所以目前很少采用。

3.6 超聲波除垢

相比于傳統的除垢技術超聲波具有穿透力強、傳播方向性好、能量不易衰減等特點，不但自動化程度高，而且可連續工作且性能可靠、費用低且無污染，已成為目前最為廣泛的除垢防垢技術，工作原理是利用超聲波的強聲場作用于流體，在強大超聲場的作用下流體中成垢物質發生物理形態、化學性質的一系列的變化，從而使垢物分散、粉碎、松散、松脫下來。

[1]陳濤.油田集輸系統腐蝕結垢與防治[J].石油化工腐蝕與防護,2011,28(2):27-29.

[2]宋時權,蔣紹輝,張云芝,等.油田防垢概況[J].石油化工腐蝕與防護,2011,28(1):5-7.

[3]王斌,宮軍,王秀芝,等.影響油水管線腐蝕和結垢因素探討[J].內蒙古石油化工,2014(11):55-56.

[4]張獻波,徐繼承,吳斌,等.油田采出液混合結垢原因及垢沉積規律[J].油氣田地面工程,2006,25(5):46-47.

[5]于學忠,宋道杰.防垢除垢在油田注水系統中的應用[J].內蒙古石油化工,2013(13):29-31.

周佳旭（1996－），男，漢，學士。