高尚堡區(qū)塊油田磁化阻垢實(shí)驗(yàn)研究

范旭，王朝陽(.中海油能源發(fā)展股份有限公司采油服務(wù)分公司，天津 30045；.中國石油集團(tuán)西部鉆探工程有限公司試油公司，新疆 克拉瑪依 834000)

0 引言

油田結(jié)垢在油田生產(chǎn)中是一個很普遍的現(xiàn)象，結(jié)垢會造成油氣通道堵塞、油層滲透率降低、產(chǎn)液量下降、油井生產(chǎn)能力降低、采油率降低，從而給油氣的開采和集輸帶來一系列的難題。對水垢的組成、預(yù)防及水的軟化，已經(jīng)有了大量的研究，并找到不同的化學(xué)和物理防垢方法[1]。油田結(jié)垢不僅加速管道的腐蝕、降低油氣的開采效率、嚴(yán)重影響產(chǎn)能，而且結(jié)垢會造成設(shè)備堵塞，從而影響熱交換器的工作效率，在經(jīng)濟(jì)上帶來相當(dāng)大的損失[2]。

然而，若向油田污水中加入化學(xué)藥劑進(jìn)行除垢、阻垢，不僅會增加企業(yè)的生產(chǎn)成本，而且還會導(dǎo)致環(huán)境污染。因此我們提出油田污水的磁化阻垢技術(shù)，但與工業(yè)污水不同的是，油田污水中具有更多的細(xì)菌、殘油等物質(zhì)，而且阻垢效果隨著磁處理過程中的因素的差異而發(fā)生變化，因此為提高磁處理效果需要對其工況和介質(zhì)進(jìn)行量化研究。

1 高尚堡區(qū)塊油田磁化阻垢現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)及探究

油田污水除了具有和工業(yè)循環(huán)冷卻水相同的溶解氣、pH值、離子含量及懸浮物等的指標(biāo)參數(shù)外，而且還含有大量細(xì)菌，以鐵細(xì)菌(FB)、硫酸鹽還原菌(SRB)、腐生菌(TGB)為主，另外油田污水中還含有大量的浮油和殘油。2012年以后，高尚堡區(qū)塊多口注水井在進(jìn)行作業(yè)時會發(fā)現(xiàn)程度不等的結(jié)垢情況，尤其在油管內(nèi)壁結(jié)垢比較嚴(yán)重[3]。

根據(jù)油田磁化阻垢的基礎(chǔ)參數(shù)(磁化阻垢裝置的磁場強(qiáng)度、磁處理次數(shù)、磁處理時的溫度)和工藝指標(biāo)參數(shù)(陽離子含量、陰離子含量、pH值、殘余油含量和細(xì)菌含量)，對高尚堡區(qū)塊油田污水進(jìn)行磁化阻垢現(xiàn)場試驗(yàn)探究，采用控制變量法和掛片法，最后得出磁處理油田污水水質(zhì)推薦指標(biāo)。

1.1 磁場強(qiáng)度指標(biāo)確定

在90℃、磁場強(qiáng)度分別為100 mT、200 mT、300 mT、400 mT、500 mT、600 mT和700 mT的磁場條件下，對Ca2+、Mg2+陽離子含量為400 mg/L，CO32-、SO42-陰離子含量為1 500 mg/L，pH值為8，所含殘油量約為20 mg/L的溶液進(jìn)行3次循環(huán)處理，磁場方向垂直于溶液流動方向。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 不同磁場強(qiáng)度下的阻垢率

由此可以看出，磁場強(qiáng)度在0～500 mT時，磁場強(qiáng)度越強(qiáng)，阻垢效果越好。500 mT之后，隨著磁場強(qiáng)度的增大，阻垢效果反而降低。

1.2 磁處理次數(shù)指標(biāo)的確定

現(xiàn)采用磁場強(qiáng)度為500 mT的磁場，同樣在90 ℃條件下，對與上一實(shí)驗(yàn)相同參數(shù)相同的溶液分別進(jìn)行1次、2次、3次、4次和5次循環(huán)磁處理，保持磁場方向與溶液流動方向垂直。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 500 mT磁場強(qiáng)度條件下，不同磁處理次數(shù)的阻垢率

由此可以看出，磁處理次數(shù)越多，阻垢效果也就越好。為了達(dá)到更好的阻垢效果，建議磁處理次數(shù)要在3次以上。

1.3 磁處理溫度指標(biāo)的確定

采用磁場強(qiáng)度為500 mT的磁場，分別在溫度為30 ℃、50 ℃、70 ℃、90 ℃和110 ℃條件下，對之前實(shí)驗(yàn)相同參數(shù)的溶液進(jìn)行3次循環(huán)磁處理，磁場方向同樣與溶液的流動方向垂直。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 500 mT磁場強(qiáng)度條件下，不同磁處理溫度的阻垢率

由此可知，隨著溫度的增加，阻垢效果越來越好。但考慮到能量的浪費(fèi)問題，建議磁處理的溫度在90 ℃左右為宜。

你也許會說，既然“末”表示“最后”，反義詞自然就是表示“最前”的“首”啦！沒錯，“首”和“末”確實(shí)是一組反義詞，只不過這是后來引申出來的。

1.4 溶液中Ca2+、Mg2+含量的確定

現(xiàn)采用磁場強(qiáng)度為500 mT的磁場，在90 ℃條件下，分別對C、S陰離子含量為1 500 mg/L, pH值為8，所含殘油量約為20mg/L, Ca2+、Mg2+陽離子的含量為50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L、300 mg/L、350 mg/L和400 mg/L的溶液進(jìn)行3次循環(huán)處理，磁場方向垂直于溶液流動方向。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 不同Ca2+、Mg2+含量下的阻垢率

由此可知，隨著溶液中Ca2+、Mg2+含量的增加，阻垢率先降低后增加，在250 mg/L時阻垢率最低。又考慮到控制溶液中Ca2+、Mg2+含量太低的難度，建議將Ca2+、Mg2+含量控制在350～400 mg/L。

1.5 溶液中C、S含量的確定

現(xiàn)采用磁場強(qiáng)度為500 mT的磁場，在90 ℃條件下，分別對陰離子含量為300 mg/L、500 mg/L、700 mg/L、900 mg/L、1 100 mg/L、1 300 mg/L、1 500 mg/L、1 700 mg/L和1 900 mg/L, pH值為8，所含殘油量約為20 mg/L, Ca2+、Mg2+陽離子的含量為400 mg/L的溶液進(jìn)行3次循環(huán)處理，磁場方向垂直于溶液流動方向。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 不同C、S含量下的阻垢率

表5 不同C、S含量下的阻垢率

CO3 2-、SO42-離子含量/(mg/L)Ca2+、Mg2+含量/(mg/L)pH值 阻垢率/%300 400 8 66.36 500 400 8 72.30 700 400 8 74.35 900 400 8 83.75 1 100 400 8 90.67 1 300 400 8 91.12 1 500 400 8 91.67 1 700 400 8 82.13 1 900 400 8 76.25

1.6 溶液pH值的確定

現(xiàn)采用磁場強(qiáng)度為500 mT的磁場，在90 ℃條件下，對Ca2+、Mg2+陽離子的含量為400 mg/L，C、S陰離子1 500 mg/L，所含殘油量約為20 mg/L, pH值分別為6、7、8、9、10、11和12的溶液進(jìn)行3次循環(huán)處理，磁場方向垂直于溶液流動方向。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 不同pH值下的阻垢率

由此可以看出，隨著溶液pH的增大，阻垢率先增大后減小，在9～10左右取得最大值。另外考慮到避免發(fā)生酸性腐蝕，建議溶液的pH值應(yīng)不小于7，最佳區(qū)間為8～10。

1.7 溶液含油量的確定

現(xiàn)采用磁場強(qiáng)度為500 mT的磁場，在90 ℃條件下，對Ca2+、Mg2+陽離子的含量為400 mg/L，C、S陰離子1 500 mg/L，所含油量分別為0、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L和50 mg/L，pH值為8的溶液進(jìn)行3次循環(huán)處理，磁場方向垂直于溶液流動方向。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 不同含油量的阻垢率

1.8 磁處理殺菌時間的確定

現(xiàn)采用磁場強(qiáng)度為500 mT的磁場，在90 ℃條件下，對上述中所述溶液進(jìn)行殺菌處理，殺菌的強(qiáng)弱用滅菌率來量度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

表8 不同殺菌處理時間下的滅菌率

從上面表中可以看出，15分鐘時滅菌率就達(dá)到了68.32%，90 min后滅菌率就達(dá)到了91%，因此建議殺菌處理時間不少于90 min。

2 現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)效果及評價

采用以上工藝指標(biāo)對高尚堡區(qū)塊油田注入水進(jìn)行了磁化處理，將處理后的水注入地層，與未處理的注入水直接注入地層進(jìn)行效果對比。經(jīng)過3個月，未經(jīng)處理流經(jīng)的加熱爐出口管線結(jié)垢10 mm左右(如圖1所示)，而經(jīng)過磁場處理注入水流經(jīng)的加熱爐出口管線并未發(fā)現(xiàn)明顯結(jié)垢情況(如圖2所示)。據(jù)此可知，按照上述工藝指標(biāo)油田注入水進(jìn)行處理，確實(shí)能夠達(dá)到明顯的阻垢效果。

圖1 未處理的注入水流經(jīng)的管線

圖2 經(jīng)處理的注入水流經(jīng)的管線

3 磁處理油田污水水質(zhì)推薦指標(biāo)

結(jié)合SY/T 5329—2012 《碎屑巖油藏注水水質(zhì)推薦指標(biāo)》及GB/T 50050—2017 《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》，綜合1.1中對各指標(biāo)的分析確定，可以得出磁處理油田污水水質(zhì)推薦指標(biāo)，如表9、表10所示。

表9 基礎(chǔ)指標(biāo)參數(shù)

表10 工藝指標(biāo)參數(shù)

4 結(jié)語

(1)對磁化阻垢機(jī)理系統(tǒng)研究后，發(fā)現(xiàn)磁化阻垢技術(shù)不僅可以提高對碳酸鈣垢和硫酸鈣垢等微溶鹽類的溶解度，同時可起到降低油滴粒徑和殺滅細(xì)菌的作用，因此可用于油田污水處理。

(2)經(jīng)過磁場磁化后的水會表現(xiàn)出電導(dǎo)率升高，表面張力與黏度增大，對NaCl、Ca(HCO3)2等及氣體的溶解能力有所提高，封閉系統(tǒng)條件下pH值升高等物理化學(xué)性質(zhì)的變化。

(3)針對油田污水的工藝指標(biāo)參數(shù)分析。陽離子方面，控制Ca2+、Mg2+及Fe2+含量；陰離子方面，對含C的體系的作用要比含S的體系的作用效果好；為了避免發(fā)生酸性腐蝕，pH值應(yīng)控制在7～11之間；油田污水中的殘油和細(xì)菌也會對磁化效果產(chǎn)生影響。

(4)未來應(yīng)進(jìn)一步研究磁處理油田污水阻垢的理論技術(shù)在原有技術(shù)工藝改進(jìn)的同時增加新的技術(shù)，如機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，提出一套適合于油田污水磁處理的水質(zhì)指標(biāo)參數(shù)體系，加速該技術(shù)在石油行業(yè)的推廣應(yīng)用。