塔中第二联合站气田水结垢原因和机理分析

王子强，杨 明，毕晶晶，肖 华

（1.中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司塔中油气开发部，新疆库尔勒 841000；2.中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司概预算管理部，新疆库尔勒 841000)

塔中第二联合站气田水结垢原因和机理分析

王子强1，杨 明2，毕晶晶1，肖 华1

（1.中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司塔中油气开发部，新疆库尔勒 841000；2.中国石油天然气股份有限公司塔里木油田分公司概预算管理部，新疆库尔勒 841000)

塔中第二联合站投产以来，一直存在气田水结垢问题，对装置生产带来严重影响，通过对塔中第二联合站气田水水质、垢样分析研究，结垢成因研究，对下一步进行气田水结垢防治具有实际意义。

塔中；气田水；结垢；机理；分析

塔中第二联合站（简称塔二联）所处理介质为塔中I号气田碳酸盐岩气藏产出介质，自塔二联投产以来，气田水在水处理装置结垢问题一直存在，严重影响装置生产。面对此情况，分析制定措施，一方面根据实际结垢情况，定期对气田水处理装置进行酸洗；另一方面在三相分离器水相出口设置一台变频阻垢器，经过一年的运行情况分析，阻垢器的阻垢效果不明显。为进一步解决气田水结垢问题，对塔二联气田水和垢样进行取样化验，根据对现场水样和垢样的化学分析结果，分析了气田水结垢的原因和结垢机理。因此对气田水结垢原因和机理分析对下一步进行气田水结垢防治具有实际意义。如图1。

图1 塔二联气田水流程

1 气田水样和垢样分析

1.1 现场取样

为全面了解水质情况，使水样具有广泛性，避开酸化除垢处理作业时间，在不同时间，不同地点，共进行三次取样：第一次取样在酸化除垢处理前进行，分别取旧气田水气体塔出口水样（简称水样1）和垢样（简称垢样1）；第二次取样在酸化除垢后3d进行，取旧气田水气体塔出口水样（简称水样2）；第三次取样在酸化除垢后15d进行，分别取了新气田水气体塔入口水样（简称水样3）、新气田水气体塔出口水样（简称水样4）、旧气田水气体塔入口水样（简称水样5）和旧气田水气体塔出口水样（简称水样6）。

1.2 现场水样离子组成分析

从水样离子组成分析得出，三次取得的6个水样的水型均为氯化钙型，pH值基本在7左右；第一次水样矿化度为64 506mg/L，含有成垢阳离子Ca2+、Mg2+、Sr2+和成垢阴离子和SO42-；第二次水样矿化度达128 333mg/L，含有成垢离子阳Ca2+、Mg2+、Sr2+和成垢阴离子和；第三次水样矿化度为120 000～160 000mg/L，含有成垢离子阳Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+和成垢阴离子和；由于MgSO4是溶于水的，初步分析成垢的类型可能为碳酸钙、硫酸锶、硫酸钡、硫酸钙等。

1.3 现场垢样成分分析

1.3.1 现场垢样能谱分析

从能谱分析结果重量百分比和原子百分比数据，该垢样中含有Ca、Na、C、Cl元素。

1.3.2 现场垢样X-衍射分析

从塔二联垢样X-衍射分析结果，其方解石含量大于95%，进一步证明该垢样主要为碳酸钙垢。

1.3.3 现场垢样酸溶解性评价

为了进一步验证垢样主要为碳酸钙垢，室内将塔二联现场垢样1置于105℃烘箱至恒重（除水），然后称取烘干物1.0g，用50ml、15%盐酸进行溶解性评价（实验条件：60℃、2h），实验结果见表1。

表1 垢样酸溶解性实验结果

从上面的实验结果来看，盐酸对塔二联现场垢样溶解率大于98%，具有较好的溶解性。

2 结垢原因和机理分析

通过上述水样分析，可看出，水中所含有的成垢阳离子Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+和成垢阴离子和；由于Mg2+离子浓度明显小于Ca2+浓度，并且MgCO3（3.5×10-8）的溶度积明显大于CaCO4（2.8×10-9），另外MgSO4是溶于水的，因此初步分析成垢类型只可能为CaCO4、CaSO4、SrSO4以及少量BaSO4。

油田水结垢主要是由于温度、压力等热力学条件的改变以及离子组成或不相容水的相互混合而引起的。

塔二联气田水产生结垢的主要原因有：

1）现场水样中富含Ca2+、Sr2+成垢阳离子和HCO3-和成垢阴离子，其中Ca2+为3 300-11 190mg/L，Sr2+为198～1 008mg/L，为294～400mg/L，SO42-为330-1 705mg/L，提供了成垢的基本化学条件。

2）压力降低

碳酸盐垢结垢程度受热力学条件变化较大。当CO2分压降低，CaCO4结垢趋势增大。对于水样，进气体塔前，P=P CO2+PH2S+PN2，CO2分压降低，导致CaCO4结垢趋势增大。

3）化学不相容，塔二联气田水离子组成比较复杂，两种或两种以上化学不相容的水相混，因含有不同离子或不同浓度的成垢离子，城垢离子就会相互作用而生成垢。如硫酸锶垢。

[1] 刘剑钊.结垢机理及阻垢性能测试研究[D].东北石油大学，2011.

Analysis on the Causes and Mechanism of Water Scaling in the Gas Field of the Second Joint Station in

Wang Zi-qiang，Yang Ming，Bi Jing-jing，Xiao Hua

Since the second joint station in the tower has been put into operation，there has been a problem of gas fouling in the gas field，which has a serious impact on the production of the gas.Through the study of the water quality，scale analysis and fouling of the second joint station in the tower，The next step in the gas field scale control has practical significance.

Tazhong；gas field water；fouling；mechanism；analysis

TE358.5

A

1003–6490（2017）11–0061–01

2017–09–02

王子强（1982—），男，新疆库尔勒人，工程师，主要从事油气田开发的工作。