結垢水井油管的清洗與修復

孫偉強

現河采油廠所屬的六大油田經過近30年的開發，目前綜合含水已高達94.1%，產出液大多為游離水，且礦化度為4～8×104mg/l不等，并且在高溫、高壓的狀態下使用的井下工具、油管、套管等都存在較為嚴重的結垢問題， 同時，由于沿程水質污染、污水水質不達標等地面客觀因素導致水井油管使用后內外壁結垢嚴重，大量管材報廢，影響了老油田的開發效益。

1.結垢水井油管情況介紹

目前結垢油管主要以滲氮油管、鍍滲鎢合金油管為主，內襯管用于注水管柱后也有輕微結垢現象。油管結垢厚度一般為0.5-20mm，最厚油管內徑縮小到20 mm以下。結垢程度主要與注水水質、下井時間及管柱下深等因素相關。

回注水礦化度高、在井時間長、下入深度大的井結垢嚴重。其中低滲油藏的史深100、河148、河 143、河31區塊均為結垢嚴重的區域。結垢的主要為成分為灰白色、黃褐色的碳酸鹽垢。

2.結垢油管對生產的影響

2.1結垢油管對注水井的影響

結垢會給注水帶來嚴重的危害，測調工具無法下入、降低注水系統效率，增加修井次數，腐蝕注水管線，堵塞油層，使注水壓力不斷上升，損壞注水設備，縮短油水井的免修期，嚴重的造成油水井報廢。

2.2經濟影響

油管結垢會造成通徑縮小，增加油管的垢下腐蝕，造成油管失效報廢，作業井作業周期長，工序復雜，甚至交大修等嚴重后果，增加了作業成本。增加油田開發成本，其危害非常大。

自2011年以來部分注水井的防腐油管更新使用情況，累計投入各類防腐油管65萬米，平均更新周期為910天。

3. 油管結垢的原因分析

3.1水井油管結垢原因分析

油田注入水在溫度、壓力、礦化度等熱力學條件改變，導致水中離子平衡狀態改變，結垢組分溶解度降低而析出結晶沉淀，大量晶體堆積，沉積成垢長大。油管垢結主要有以下原因：

Ca2+ + CO32- →CaCO3

Ca2+ + SO42- → CaSO4

Ba2+ + SO42- →BaSO4

（1）離子吸咐：液體中的固體離子相互吸咐。（2）電化學吸咐：井筒中油管，工具等材料、材質不同形成的金屬自然電位差，使垢離子吸咐。（3）垢離子堆積、沉積，液體流動過程中地層水中的垢相互碰撞吸咐，開成垢晶，越長越大，堆積并沉降在管壁流道上。（4）井下管柱、液體流動不光滑表面易形成垢沉積的環境。

3.2水垢化學成分分析

一般水垢的主要成分是鈣、鋇的碳酸鹽、硫酸鹽、磷酸鹽以及鋁、鎂的氧化物等，但絕大多數油田水的結垢均為碳酸鈣垢 。現河水井油管結垢外觀 呈灰白色或黃褐色，結垢致密，質地堅硬 ，粘著力強。主要成分是鈣，其次是含有少量的硅和鐵[1]

4. 結垢油管修復工藝技術

4.1 處理結垢水井油管的工藝技術

結垢油管清洗工藝普遍采用酸洗、噴砂等傳統工藝，這些工藝存在著安全與環境污染等弊端。隨著科學技術的發展，鉆通清洗、水氣脈沖清洗及高壓水射流得到了應用。

鉆通清洗技術效率較低，有局限，清洗不徹底；水氣脈沖清洗技術適合于清洗油田輸油、輸氣、輸水的地面管線，但對于清洗油管垢，特別是堅硬的污垢物清洗不徹底，效率較低。

高壓水射流技術是近20年內發展起來的新技術 ， 其原理是利用高壓柱塞泵和特殊設計的噴嘴產生高壓高速水射流 ， 直接沖刷管內壁的結垢。這種清垢方法用清水作清洗介質 ，是一種物理清垢方法 ，具有成本低、效率高、無污染、不損壞設備等優點 。

4.2 現場應用效果

目前采用鉆通工藝進行油管清洗，鉆通工藝主要是以機械刮削的方式清洗除垢：鉆噴桿由旋轉接頭帶動旋轉，噴桿頭端連接機械刮刀、 鋼絲刷、機械噴頭，機械刮刀刮削垢層后， 再由鋼絲刷刷掉垢物和銹層， 并用機械噴頭低壓水沖洗，達到清除內部垢層的目的。

缺點：（1）在機械除垢過程中，若機械刮刀和鋼絲刷的直徑過大，則機械噴桿的前進阻力就會增大，使工作效率降低，且易燒毀電機；若直徑過小，則在刮削垢層時，刮削范圍受到局限，導致除垢不徹底。（2）由于油管表面不光滑，除垢不完全，有殘留，且無法刮掉堵實垢層。（3）噴水壓力小，噴出動能不足，沖洗效果差。（4）鉆頭、鋼絲刷損壞率高。（5）對于鍍滲鎢合金油管和內襯油管，損壞鍍層和襯層。

4.3 自旋轉高壓噴射清洗使用效果

圍繞結垢水井油管清洗，以徹底除垢、同時不傷害油管防腐層為目的，以恢復廢棄物資使用為工作思路，現場逐步應用了自旋轉高壓噴射清洗工藝技術，解決結垢造成的清洗難題。自旋轉高壓噴射清洗是一種新興的物理清洗技術，是以清水為介質，通過高壓柱塞泵和特殊設計的噴嘴產生高壓高速水噴射，通過壓力的作用使噴頭產生高速旋轉，轉速打1000轉/分以上，噴射以強大的沖擊力以一定的角度連續不斷地射向油管內外表面，從而直接剝離、沖刷油管壁垢污及銹皮，使其脫落，達到清洗目的，同時不破壞內壁防腐層。

自旋轉高壓噴射清洗技術結合自動化控制系統和水循環處理系統，做到徹底除垢、成本低、 無污染、 不損壞管體等優點。 根據油田注水油管和注水管道除垢的需要 ，可設計固定式和移動式兩種不同的除垢裝置。通過改變壓力等參數 ， 高壓水射流清洗油管結垢技術可推廣應用于鍋爐、 換熱器、油水管線、 沉降罐等油垢的清洗，經濟效益顯著 ， 應用前景廣闊。