油田多层系集输系统结垢形成研究及预测

马强

摘 要：目前，油田开采时的注水时间变长，导致油田的采出液含有大量的水，进而导致运输技术系统中出现大量的结垢现象，集输系统中这些结垢的产生会对油田中油气的运输造成一定的阻碍作用，不仅使运输效率降低而且也存在着许多安全隐患，本文通过对结垢产生的原因以及结垢预测方法进行了研究，为预防结垢的产生做了可供指导性的作用。

关键词：集输系统；结垢；趋势预测；位置预测

中图分类号：TE866 文献标识码：A

随着我国科技以及经济技术的快速发展，各类生产对能源尤其是原油的需求也越来越大，为此我国普遍采用多层系复合开发的方式开采原油，以此提高原油的开采率，但是这种多层系集输系统在开采过程中会注入大量的水，这种大量的油田水会造成集输系统一些设备内部结垢，另外采油和运输油的过程中压力和温度的变化也会导致大量无机盐析出结垢，这些因素直接导致了油田不能高效采出，造成了大量的经济损失，为了保证油田的稳产、增产，合理有效的预防、清楚结垢，能够为油田开发中不容忽视的亟待解决的一个最重大问题。

一、 油田结垢形成的主要条件

（一）温度对结垢的影响

钛酸镁、碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡这些物质是油田结垢中最常见的物质，温度对这些物质的溶解度的影响很大，因为它们具有和其他物质不同的溶解特性，溶解度和温度成反比，及温度越高溶解度越低，此时会有更多的物质以结晶的形式析出来；温度越低溶解度越高，这些物质就会以相对稳定的状态存在。因此在油田加热的一些环节，比如热水管线及加热炉这些温度比较高的地方，碳酸镁及碳酸钙这些碳酸盐垢非常容易形成。

（二）压力对结垢的影响

难溶物质的溶解度常常用平衡常数溶度积用2§表示。 b与压力P、温度T的关系为dlnKsp=（AH/RT2）d丁一（AV/T）dP ，碳酸钙和硫酸钙的溶解和压力成正比。及压力越大溶解度越大压力越小溶解度越小，但是有相关研究表示压力这一因素在油气集输系统中变化不大，因此在公式计算过程中可以互略压力的影响，由此上式可以简化为dlnKsp/dT=fiJ-I/RT2 ，通过公式可以理论性的判断出压力没有对油气集输系统中的结垢现象产生大的影响。

（三）pH值对结垢的影响

pH值主要会对碳酸钙的溶解度产生一定的影响，碳酸钙的溶解度与pH值的大小成反比，及溶液pH值越高碳酸钙的溶解度越低，此时析出的碳酸钙沉淀较多；溶液的pH值越小碳酸钙的溶解度越高，处于相对稳定的状态。但是有一定的研究数据表示，硫酸钙这些硫酸盐受pH值的影响不大，因此在pH值较高时会有碳酸钙沉淀析出，太低时会有Ca（OH）这些碱性钙的析出，由此可以得出溶液的pH值应控制在一个相对合适的范围之下，才能有效减少结垢的形成。

（四）油气对结垢的影响

在一般情况下，油气存在对集输系统内的结垢影响不大。但是如果系统中存有较多的C02，系统的结垢性就有可能增大。因此要降低油气集输系统中C02的存在。

（五）溶液组分变化对结垢的影响

溶液组分的变化对集输系统结垢的影响较大，溶液由结垢成分和非结垢成分组成，在一定范围内，碳酸钙、硫酸钡、硫酸钙这些物质的溶解度会随着溶液非结垢盐浓度的增加而增大。溶液中非结垢盐增加时析出的晶体减少，由此可见当溶液中非结垢盐的浓度降低时在油气集输系统的某些部位会有结垢产生，另外也不是非结垢盐的浓度高了好，当非结垢盐的浓度过高时对加入的防垢剂有一定的限制作用，因此要准确掌握非结垢盐的变化情况才能做到有效的控制进一步降低结垢的形成。

二、结垢对于运输系统的影响：

（一）因为结垢是在运输装置内部积聚起来的一层固态物质，因此会从一定程度上降低水流的面积，结垢使水在流动程度上有了一定的阻碍并降低了水流原本的输送能量。增加了消耗的能量降低了生产能力。

（二）结垢也会使传输设备和管道局部结成的垢下面发生腐蚀，同时由于结的垢是在管道等这些金属表面，使得操作人员添加的缓蚀剂不能充分与金属表面接触，缓蚀剂的功效发挥受到了很大阻碍，减低了缓蚀的效果。

（三）化学结垢经常会造成沉积物堵塞井眼、阀门等这些相对来说直径短的设施，导致产油的井下泵发生阻塞，使地面的一些设备受到运转上的限制。

（四）当结垢较多并没有及时清理时，井内的压力会大大增加，可能会出现管道爆炸的现象，造成的潜在隐患很大。

三、判断有无结垢存在的方法

以下预测公式中各字母代表的意义为SI为碳酸钙的结垢指数；pH为集输系统中实际的pH值；pHs CaCO3达到饱和时的pH值；K为与离子强度、温度等有关的修正系数。在（一）中pAlk代表总碱浓度的负对数，K=pK2-pKsp，其中K2为碳酸氢跟的电离常数；Ksp为碳酸盐的溶度积。pCa代表钙离子浓度的负对数。

（一）Davis-Stiff饱和指数法：这个饱和指数法是依据油气集输系统中的热力的影响，是朗格利尔根据碳酸钙的溶解平衡提出的一个热饱和指数法，他的有关预测公式为 SI=pH-pHs=pH-（K+pCa+pAlk）

其碳酸钙是否结垢的判断标准为：若SI<0，不结垢；SI=0处于平衡状态；SI>0有结垢现象。

（二）Ryznar稳定指数法：罗兹那根据饱和指数的含义，提出了稳定指数概念，预测方程式如下：SAI=2pHs-pH=2（K+pCa+pAlK）-pH

结垢得判断标准为：SAI>6，没有结垢的现象；SAI<6，有结垢的现象；SAI<5，结垢现象比较严重。

四、结垢预测发展及展望

根据上文的叙述也可以知道，当代人们利用先进的科学仪器和先进设备，逐渐发现了结垢的一些数学模型，运用这些数学模型可以对结垢周期与结垢部位进行预测，操作人员就可以采取合理的措施处理结垢并预防结垢的形成，降低一定的经济损失。另外根据每个油气田的基本情况不同也应该提出合适的预测方法，才能有效的减少结垢现象的产生，为我国的油气工程创造良好的收益。

参考文献

[1]付亚荣，等.神经网络用于油田地面集输管道结垢预测[J].西南石油学院学报，1999（02）：68-69.

[2]罗明良，等.地层无机结垢预测技术研究与应用[J].石油钻采工艺，2001，2（23）：47-48.