油田管道结垢的成因及除防垢技术

周佳旭（哈尔滨石油学院石油工程系2014级2班，黑龙江哈尔滨150027）

油田管道结垢的成因及除防垢技术

周佳旭（哈尔滨石油学院石油工程系2014级2班，黑龙江哈尔滨150027）

油田开发中结垢现象影响着油井正常生产、增加地面能耗和抽油杆的负荷，为此针对油田注水开发结垢的成因，提出了除垢解垢的措施。

结垢；成因；防垢

目前，我国油田大部分已进入开采的中后期，注水开发工艺由于注入压力的不断升高，地层水随着原油被采出，使得水含量的不断攀升，致使油田系统的结垢问题日趋严重。由于注水开发始终伴随着结垢问题，因此结垢是油田注水开发堵塞的主要原因之一，也对采油管线和集输管线造成一定的损害[1]。如何解决油田开发的结垢问题，已经成为目前需要解决的一个极其重要的问题。

1 结垢的成因及危害

1.1 不配伍性引起的结垢

我国油田大部分普遍都采用多层位混合开采、多层位产出液混输的原油集输处理方式，由于不同层位的原油进行混合集输、注入水与地层水的不配伍性以及多层位混合开采、多层产出液集输的处理方式，致使注入水与地层水中所含的成垢离子如Ca2+、Mg2+、Ba2+、CO32-、SO42-等相遇而产生的沉淀结垢，而且结垢的类型较多，不利于油田正常生产。若有HCO3-、CO32-、SO42-等阴离子的存在，就有可能形成一系列沉淀物，此为油田结垢的内在因素[2]。目前垢物约百余种，但油田中最常见的主要是碳酸钙（镁）垢、硫酸钙（镁）垢、硫酸钡垢和硫酸锶垢，且大多是混合垢，很少见到单一垢。

1.2 条件变化引起的结垢

①温度的影响

温度能够改变易结垢盐类的溶解度，油田中除CaSO4·2H2O溶解度存在最大值外，其结垢盐类均随温度的升高而降低。这些盐类结垢中以碳酸盐为主，升高温度Ca(HCO3)2会分解产生CaCO3结垢：

此反应为吸热反应，升高温度平衡向右移动，使CaCO3的析出而结垢。对于以CaSO4、BaSO4、SrSO4为主的盐类垢亦同理。

②压力的影响

通常压力对CaCO3、CaSO4以及BaSO4等溶液结垢均有影响，特别是CaCO3，因气体CO2参与反应，所以压力对反应的影响更为显著，其结垢机理为：压力降低使方程向右进行，可以促进CaCO3结垢得形成。因此，在油田集输管道中，压力一般都是降低的，结垢有上升的趋势。

③pH值的影响

研究表明，溶液的pH值较低时，CaCO3在水中的溶解度较大，若提高溶液的pH值，碳酸盐将快速结晶，垢形成的诱导期被缩短，促使结垢；但pH值过低，溶液呈酸性，反而促进溶液腐蚀管道，易引起腐蚀垢的形成，所以推荐溶液的pH值6.5～8为宜。对于硫酸钙垢，pH值影响却不大。

④流速的影响

在流体动力学中，液流流态、流速和流量是影响结垢的主要因素[3]。在相同条件下，采用不同的流速、流量，若流量、流速越小，则结垢趋势越强，主要是由于液流的剪切力增强了剥蚀的能力，若增大流速，也就提高了对结垢的去除效果。因此结垢趋势在渗流中最大、层流中次之、紊流中最小。

1.3 化学驱引起的结垢

对于化学驱，若使用碱性水驱油，注入的碱性水会影响水中的pH值、离子含量等，致使化学平衡的发生改变，可能产生碳酸盐、硫酸盐、氢氧化物的结垢。

此外，细菌在有利条件进行大量繁殖及细菌的代谢产物，也是造成阻塞的一个因素。

2 结垢的危害

油水井结垢给油田生产带来很多问题，其危害主要有：

①油层及近井地带结垢会堵塞油气通道，降低油层渗透率，增加流动阻力，使油井产液量下降，对于低渗透油田的影响则更加严重。

②注水系统结垢，会减小管线的截面积，使供、注水管道和油管的流量下降，此外，注水井近井地带结垢致使注水压力升高、能耗增加。

③抽油杆结垢会增加其负荷、降低泵效或造成卡泵故障。

④管道和设备表面结垢会造成垢下腐蚀，甚至穿孔。若加压垢物堵塞和腐蚀的管道可能会发生爆裂，最终将导致大面积停产的现象。

3 除垢防垢方法

3.1 分开不配伍的水

水的不配伍性可以说是造成油水井结垢的主要原因，因此在油田注水开发过程中，应该尽可能避免不配伍的注入水和地层水混合，必须选用与地层水配伍性好且与储层配伍性好的注入水进行回注；当油田的地层水与注入水难以相容时，要全面优化注入水的水质，确保注入水水质优良[4]。在原油输送过程中，应尽可能避免两种不配伍的产出液相混合输送。

3.2 脱气处理

油田水由于流经所处环境的温度、压强的变化，其溶解的气体可能将大量的逸出，导致形成多种垢，例如水中的CO2可以促进形成CaCO3，SO2可以促进形成FeS，这些垢不但会阻碍原油的流动，而且还会造成管道腐蚀，所以要除去水中溶解的气体。

3.3 周期性滴入化学防垢剂

针对已经结垢的井筒，可将防垢剂周期性的滴加到筛管的上部、油泵的下部、井筒的环形空间，化学防垢剂溶于介质中可分解碳酸钙等多种垢。

3.4 高压水除垢

利用高压水喷射是清理油井管网内结垢的常见方法，以清水为媒介加压，通过专门的清洗设施以强力水流喷射到管壁处，把结垢有效的剥离下来，此方法的优点原理简单、成本低，对环境无影响，缺点是对硬性结垢难于清洗。

3.5 机械除垢

该法应用最早，核心部件为强力清管器。与其它除垢方式相比清管器除垢具有价格低廉、操作简便、施工强度低、施工设备简单、施工周期短且无污染等特点[5]。但因为清管器是做直线运动，一般清理5～6遍才可将管内垢层清理干净，且效率低、质量差，所以目前很少采用。

3.6 超声波除垢

相比于传统的除垢技术超声波具有穿透力强、传播方向性好、能量不易衰减等特点，不但自动化程度高，而且可连续工作且性能可靠、费用低且无污染，已成为目前最为广泛的除垢防垢技术，工作原理是利用超声波的强声场作用于流体，在强大超声场的作用下流体中成垢物质发生物理形态、化学性质的一系列的变化，从而使垢物分散、粉碎、松散、松脱下来。

[1]陈涛.油田集输系统腐蚀结垢与防治[J].石油化工腐蚀与防护,2011,28(2):27-29.

[2]宋时权,蒋绍辉,张云芝,等.油田防垢概况[J].石油化工腐蚀与防护,2011,28(1):5-7.

[3]王斌,宫军,王秀芝,等.影响油水管线腐蚀和结垢因素探讨[J].内蒙古石油化工,2014(11):55-56.

[4]张献波,徐继承,吴斌,等.油田采出液混合结垢原因及垢沉积规律[J].油气田地面工程,2006,25(5):46-47.

[5]于学忠,宋道杰.防垢除垢在油田注水系统中的应用[J].内蒙古石油化工,2013(13):29-31.

周佳旭（1996－），男，汉，学士。