元十七增站内集输管线结垢治理效果分析

2015-10-27谭旭王加一黄纯金杨耀春吴冬旭

石油化工应用 2015年6期

关键词：防垢除垢集输

谭旭，王加一，黄纯金，杨耀春，吴冬旭

（中国石油长庆油田分公司第十采油厂，甘肃庆阳745600）

元十七增站内集输管线结垢治理效果分析

谭旭，王加一，黄纯金，杨耀春，吴冬旭

（中国石油长庆油田分公司第十采油厂，甘肃庆阳745600）

随着区块综合含水的上升，元十七增站内集输管线结垢现象日趋严重，严重影响了站内集输的正常运行；通过对结垢机理的分析，确立实施了一系列的结垢治理措施，在整个结垢治理的过程中不同方式的治理措施的现场应用效果差异较大，通过对应用的五种防除垢治理措施现场应用效果的对比和站内集输管线各节点结垢情况的分析，为后期管线结垢治理选择经济有效的除垢方式提出合理建议，真正做到管线结垢得以有效治理，从而确保站内集输正常运行。

结垢治理；对比；建议

元十七增压站是一座集单井来油计量、油气分离、原油存储加温加压外输为一体的综合性增压站。该站于2012年10月底建成投运，投运初期日产液109.94 m3，日产油69.09 t，综合含水25.2%，站内各项集输参数运行正常，其中总机关压力为0.15 MPa。随着区块开发时间的延伸，区块综合含水逐渐上升，至2013年3月，日产液98.36 m3，日产油43.04 t，综合含水47.9%，总机关压力上升至0.3 MPa，超出系统设计压力；运行至2013年5月，总机关压力突升至0.5 MPa，站内收球率明显下降，所有投球管线开始长期收不到球，在对收球筒拆卸清理时发现管线内壁结垢严重，管壁结垢厚达3 cm左右，为保证站内集输运行正常，随后采取了多种手段进行不间断的站内集输管线结垢治理。在对站内集输流程各节点管线进行历次除垢作业时发现，总机关混进汇管-收球筒进口段流程结垢最为严重，是引起站内系统压力上升的主要原因，并且该处管线结垢周期较短，其他节点处结垢情况轻缓，以下将站内各节点管线结垢情况列于（见表1）。

表1　站内各节点管线结垢情况对比表

1　结垢原因机理分析

1.1结垢机理研究

1.1.1垢样化学成分分析2014年4月将元十七增总机关垢样送外进行化验分析，根据SY/T5516-2000《碳酸盐岩石化学分析方法》对元十七增总机关垢样进行分析，XRD测试结果为：钡天青石（Ba，SrSO4）-95%，石膏（CaSO4·2H2O）-5%；SEM能谱测试结果为：Ba元素含量约27%，Sr元素含量约10%，且Ks（BaSO4）= 1.1×10-10，Ks（SrSO4）=2.8×10-7，综合判定该垢样以BaSO4为主，少量的SrSO4垢。

1.1.2结垢形成过程分析由于元286区开发层系长8储层自身含有Ba、Sr离子，该区块注水井注入水水型为Na2SO4，富含SO42-，元286区投产初期由于配套注水井注水强度过大，导致部分油井注入水后含水上升。各井组的来液通过井组管线最终汇集至总机关的混进汇管，此时由于来液中的Ba、Sr离子和SO42-含量较高，达到了其生成BaSO4、SrSO4的浓度条件，随着时间的延长，生成的钡锶垢不断地在管线内壁附着，管线内径逐渐变小，加之总机关混进汇管至收球筒进口段存在变径（由大变小），致使清蜡球通过受阻，最终总机关压力上升。

2　管线结垢治理历程及效果

2.1管线结垢治理历程

从2013年4月针对管线结垢现状实施了一系列的管线结垢治理措施，其中应用到的治理措施包括：CPRS地面系统防垢装置、高压射流除垢、超声波脉冲防垢除垢装置、站内投加阻垢剂以及人工物理除垢等五种治理手段。以下是元十七增站内集输管线结垢治理历程示意图（见图1）。

图1　元十七增站内集输管线结垢治理历程示意图

2.2五种防除垢治理方式应用情况

2.2.1CPRA地面系统防垢装置元十七增站内安装的CPRA地面系统防垢装置规格为“3×4”变径直管式防垢器，工作压力等级为0～2.5 MPa，内置芯片为6片。该装置中所配置的芯片为一种特殊合金材料，其成分包括铜、锌、镍等，其工作原理则是这种特殊材料当与流体接触时能起到一种特殊的催化体作用；多种金属合金材料作为一种特殊催化体，可以使所接触流体的静电位发生改变，从而使流体中各种物质分子之间结合力场发生改变；使固相颗粒处于悬浮分散状态，抑制蜡、垢腐蚀的形成。

2013年4月中旬，CPRS地面系统防垢装置作为第一种结垢治理手段开始应用，安装部位为收球筒出口端管线上，安装初期总机关压力为0.4 MPa，安装运行近20 d后，管线结垢趋势未得以缓解，总机关压力继续上升，在对CPRS地面系统防垢装置芯片清洗时发现内置芯片表面结垢严重，芯片虑孔大部分被堵实，经清洁处理后将芯片数量减少至3片，装置再次安装运行近40 d左右后总机关压力继续上升至0.6 MPa。在后期管线除垢清理的过程中发现除垢装置前端管线结垢程度普遍比后端管线严重，结合后期站内集输系统运行情况来看，该装置的防除垢作用效果不理想，只对后端短距离管线段起作用，对前端管线无效果，未能起到延长站内管线除垢周期的效果。

2.2.2高压射流物理除垢高压射流物理除垢的原理是用高压泵打出高压水，并使其经管子到达喷嘴再把高压低流速的水转换为低压高流速的射流，然后射流以其很高的冲击动能，连续不断地作用在被清洗表面，从而使垢物脱落，达到清洗目的。整个作业过程运用设备主要有清蜡热洗车（提供高压柱塞泵和动力部分）、喷嘴、高压软管、配水罐车等。按照现场作业施工的要求工作压力控制在20 MPa～25 MPa左右。高压射流物理除垢是用普通清水于高速度下的冲刷清洗，所以具有不污染环境，不腐蚀设备，清洗效率高，并且操作简单的优点，缺点在于高压施工作业安全风险较大，对设备的承压性能要求高，此外作业施工费用较高。

2.2.3超声波脉冲防垢除垢装置超声波脉冲防垢除垢装置的防垢、除垢机理属于纯物理特性，既将超音频脉冲电信号功率放大后经磁致转换器产生的超音频脉冲机械振动，并有效的传输到结垢的部位，使之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着管壁形成积垢，从而达到防垢、除垢的目的。防垢、除垢设备由超音频脉冲信号源、功率放大器、磁致转换器、直流工作电源四大部分组成。

鉴于CPRS地面系统防垢装置应用效果不理想，外雇专业化队伍进行高压射流物理除垢周期短，费用高的问题，为进一步加强管线结垢治理，于2013年10月底引进超声波脉冲防垢除垢装置，在1#、2#加热炉进出口及缓冲罐进出口等部位总共安装了5台超声波脉冲防垢除垢装置，对管线进行实时防除垢，缓解站内系统压力上升的趋势。但通过安装应用的效果来看，超声波脉冲防垢除垢装置对管线清防垢作用效果不明显，安装初期总机关压力0.3 MPa，至2013年11月底，总机关压力再次上涨至0.4 MPa～0.5 MPa，站内管线后期的除垢周期依然未见延长。至2014年7月，站内2具加热炉一次加热进口出现压力不一致及1号加热炉出口油温低现象，后经排查发现加热炉盘管结垢严重，2号加热炉一次加热进口管线结垢严重，完全堵实；1号加热炉一次加热进口管线同样结垢严重，但未堵实。后将2具加热炉一次加热进出口端管线及加热炉盘管更换后恢复正常集输及加热工作。

2.2.4站内投加阻垢剂考虑到物理除垢方式对元十七增站内管线防除垢效果维持周期较短，大部分只能起到了短阶段缓解作用的原因，于2014年5月28日开始对元十七增实行站内投加阻垢剂，初期阻垢剂型号为CQ-ZG01，投加浓度为70 mg/L，初期投加点为总机关混进汇管出口端，应用过程中效果不明显，至7月底更换新型阻垢剂CQ-ZG02，运行为期半个月左右后，总机关压力依然出现上升趋势。至8月上旬，总机关压力突升至0.5 MPa，后经对收球筒清垢处理后回压有所下降。考虑到在总机关混进汇管出口端投加阻垢剂对整个总机关混进汇管除垢效果不理想，于是在8月下旬将阻垢剂投加点改至总机关最前端，以便阻垢剂能流经整个总机关混进汇管。但从后期运行情况来看，阻垢剂的防除垢效果不明显，总机关压力从7月25日经高压射流物理除垢作业完初期的0.2 MPa经过1月后再次回升至0.4 MPa，管线结垢周期仍然为30 d左右。

表2　五种防除垢治理方式应用效果跟踪对比表

2.2.5人工物理除垢鉴于前期应用到的CPRA地面系统防垢装置、超声波脉冲防垢除垢装置、站内投加阻垢剂等防除垢方式效果不明显；同时由于总机关混进汇管出口-收球筒进口段管线与总机关混进汇管为一体连接，两端存在弯头导致高压射流物理除垢作业不方便、清理不彻底、除垢周期较短、作业费用高等因素；为保证站内集输系统正常运行，对总机关混进汇管出口-收球筒进口段流程进行改造，将总机关混进汇管出口段弯头处管线改为法兰连接，方便拆卸该段管线进行人工物理除垢清理作业。2014年11月10日，将流程改造后将管线拆卸下来进行人工物理除垢作业时发现管线结垢严重，垢层厚达3 cm以上，管线内清蜡球堵实，在不足2 m长的管线里总共清理出清蜡球46个。管线清洁后总机关压力降至0.2 MPa，至2014年12月8日，总机关压力依然保持在0.2 MPa，且对总机关混进汇管出口-收球筒进口段管线清理核实时发现内壁只是轻微结垢。通过近30 d的运行来看，此次人工物理除垢的效果较为显著。

2.3五种防除垢治理方式应用效果对比

通过对以上五种不同的除垢方式防除垢原理的了解以及实际应用效果的分析来看，不同方式的防除垢治理手段在元十七增管线结垢治理方面的应用效果差异较大，现将五种不同的防除垢治理方式的应用情况及效果列于（见表2）。

从表2中可以看出，以上五种防除垢治理方式中，CPRA地面系统防垢装置、超声波脉冲防垢除垢装置和站内投加阻垢剂发挥的防除垢作用甚微，这三种防除垢方式的应用并未对站内管线结垢最严重的节点部位起到很好的防除垢作用，管线除垢周期也并未延长。高压射流物理除垢和人工物理除垢方式在管线除垢方面则能起到立竿见影的效果，对清理到的部位除垢较为彻底，历次除垢作业完都能使总机关压力得以明显的下降；但高压射流物理除垢方式由于受空间限制的原因对于带弯头的直立管线及掩埋地下管线无法实施彻底除垢作业，导致除垢作业存在盲区，因此历次除垢作业后效果仅能维持30 d左右。而人工物理除垢方式则能对结垢最严重的总机关混进汇管出口-收球筒进口段的直立管线起到方便有效的除垢清理，弥补了高压射流物理除垢作业存在的缺陷，同时人工物理除垢方式具有除垢成本低，有效延长除垢周期的作用。