注水系統高壓電子防垢裝置現場應用試驗

盧思思（大慶油田有限責任公司第十采油廠）

從油田注水系統現有的防垢現狀分析來看，一般采取主動和被動兩種防垢措施。主動防治措施較少，主要是在部分水井上采用防腐油管；而被動防垢措施應用較多，主要是對結垢嚴重的注水井管柱和注水系統的地面管線采取高壓射流除垢、在線化學清洗和清管器除垢的方法。這些防垢措施雖然效果較好，但也增加了生產成本[1-2]。

目前大慶高含水油田注水井的平均注入壓力達到12.8 MPa，部分井結垢較為嚴重，阻礙了注入管線內水體的流通，為提高注入效果，將注入壓力升至14 MPa以上，致使電能浪費較為嚴重。應用注水井高壓電子防垢裝置，其目的能最大限度地減緩水井地面管線和井下管柱的結垢速度，尤其是針對過飽和導致的CaCO3垢[3]，從而保證油田注水水質、注水量的需要。

1 防垢原理

高壓電子防垢裝置主要是利用電場的作用原理，通過改變水分子的物理結構和運動方式，使水中溶解鹽的正負離子被單個水分子包圍，使得運動速度降低，有效碰撞次數減少，靜電引力下降，在受熱面或管壁上難以結垢，從而達到防垢目的。同時，由于被處理的水中含有大量被激勵的電子，對垢分子有破壞作用，使管壁內的積垢逐漸剝蝕、溶解、脫落，因此又具有除垢的作用[4]。

2 結構組成

注水井高壓電子防垢裝置主要由主機和副機兩部分組成。主機部分包括電子發生器、指示燈、電源插座；副機部分由護蓋、電極和機殼等部件組成（圖1）。

圖1 高壓電子防垢裝置

其中主機技術指標如下：工作壓力為16 MPa，有效范圍可達2500 m，適應水質總硬度為700 mg/L（以CaCO3計），輸入電源為220 V/50 Hz，易損件的使用壽命能達到2年以上。

3 現場安裝試驗和性能效果分析

3.1 電子防垢裝置的現場安裝

電子防垢裝置采用臥式焊接方式安裝（圖2）。該裝置的徑向接口與泵站來水口相焊接，軸向接口與高壓匯管相焊接，從而對配水間高壓閥組上的所有注水井的地面管線及井下管柱進行防垢保護。

圖2 1#配水間實地安裝

3.2 電子防垢裝置的性能效果分析

3.2.1 具有防止和減緩結垢速度的作用

在1#配水間高壓匯管上安裝了1臺高壓電子防垢裝置。為檢查試驗效果，在該裝置運行17個月時，第三次將1#井的觀察短接拆下，現場檢查短接內壁光滑無垢；同時也將同步對比3#井的短接拆下，現場檢查對比短接內垢厚為3～8 mm，垢質較硬，不易脫落。由此證明電子防垢裝置具有防止和減緩結垢速度的作用。

3.2.2 使老垢變得疏松并具有除垢的作用

由改造下來的老管線結垢情況分析可知，沒有安裝電子防垢裝置的管線結垢嚴重，井口短接安裝處垢質粘連，拆卸十分困難，結垢厚度在8～10 mm之間；而安裝電子防垢裝置僅1年的管線，短接處易拆接，垢厚降至2～4 mm，垢厚度減薄了6 mm。從取下的垢樣也可以看出，無措施管線內的垢樣，垢質堅硬呈片狀，采集困難，只能用金屬利器才能將其敲下；而有措施管線內的垢樣，垢質疏松、易脫落并呈顆粒或粉末狀，極易采集。表明該電子防垢裝置具有除垢的作用。

3.2.3 對注水系統的腐生菌具有較強的抑制作用

大量研究表明，細菌是造成油田管線腐蝕的主要因素[5]。油田注入水中含有一定量的腐生菌、硫酸還原菌等，在管線內壁固著造成管線腐蝕危害[6]。通過對源頭、配水間和單井一條線的采樣分析可以看出，腐生菌數量明顯降低。由無措施前的40 000個/mL，降到有措施后的7000個/mL，腐生菌數量下降了33 000個/mL。因此，電子防垢裝置對注水系統的腐生菌具有抑制作用。

從水樣化驗對比也可看出，由于降低了水中溶解鹽的正負離子運動速度和碰撞次數，從而減少了H2S和Fe2+的反應，有效抑制了硫化物（硫化亞鐵）的沉淀與腐蝕（表1）。

表1 注入水樣化驗數據

采用高壓電子防垢裝置的一次性投入費用低，每臺5萬元，現場應用耗電量低，輸入功率為70 W。與化學藥劑除垢相比，電子裝置除、防垢不會因改變水質成分帶來負面影響，減少了長期應用化學藥劑的投資，現場管理十分方便，沒有維護費用。

由于油田地理位置和結垢速度各不相同，建議在結垢嚴重區域的水井上應用電子防垢裝置，減緩水井的結垢速度。在沒有防垢措施區域的水井上可安裝觀察短接，監測各區域水井的結垢情況，為水井作業時間的確定提供詳實數據。

4 結論

1）高壓電子防垢裝置具有結構簡單，安裝方便，使用壽命長，一次性投入費用低等特點，適用于油田對配水間所轄水井進行整體防垢保護。

2）現場試驗表明，高壓電子防垢裝置可作為主動防垢工藝措施，對新井管線防止和減緩結垢速度的作用顯著，對于已結垢的老井，可促使老垢疏松、脫落。

3）高壓電子防垢裝置對注入系統中的腐生菌具有抑制作用。