浅谈注水管线酸洗除垢技术在试采作业区的应用

马震

（长庆油田分公司第十二采油厂试采作业区，甘肃庆阳 745400）

1 注水系统结垢成因

现阶段，我国就低渗透油田加大了开发的力度，为确保其稳定且高效生产，均采用注水方式进行开发。注水注水系统的水为系统产出液分离的污水，其中有大量的杂质，如无机盐、氧、溶解气、机杂、硫化氢等，都聚集在配水封隔系统、注水井底部、井筒壁、闸门、管道弯头等处产生化学、物理反应而形成诸多性质复杂的结垢。

2 注水系统结垢的危害

低渗透油田注水系统中结垢现象发生率十分高，为油田正常生产活动的开展产生了巨大影响，其影响主要表现在以下方面：一是结垢导致注水系统管线的流通截面积缩小，导致注水压力增加，从而给安全生产带来了较大风险；二是结垢导致注水系统的注水井满足不了配注的需求，导致底层压力降低，从而给油田的高效稳产造成了影响。注水系统由于受到结垢无聊、化学条件多边形、场所特色性等影响，加上频繁发生的结垢现象从而导致加大了注水系统预防结垢的难度。注水系统在低渗透油田开发中的重要地位，人们逐渐加大了对注水系统结垢技术的研究、应用的重视，试采作业区也面临注水管线结垢，管阻增大。

3 除垢原理--酸化溶解垢

（1）通常垢样中的碳酸盐、铁的腐蚀物与盐酸产生化学反应均会有可溶盐的产生，其中可溶解部分占到了垢样的74%，在其溶解的过程中会产生大量的CO与其它气体，管线清洗液在泵和反应生成气体的作用下促进了管线中有机质、砂、淤泥的崩解，并随清洗液快速排出管线，而达到除垢的目的。

（2）化学酸洗注水管线的步骤：油泥剥离→酸洗→预膜→清洗剩余酸

（3）酸洗前注意点：

1）缓蚀保护：为避免管壁在酸洗过程中受到腐蚀而导致减薄出发生穿孔的情况，应将有效的缓蚀剂加入到酸洗液中，可有效防止管线腐蚀；

2）抑制硫化氢:由于结垢成分中含有7%的硫化物，其在酸洗过程中会有大约0.58t的硫化氢产生，将硫化氢抑制剂红矾钠(NaCrO)加入到酸液中，反应式为：

在酸性环境下该反应能够持续进行，要消除、减少酸洗液出口中硫化氢的浓度，理想环境下需要4.33t 的NaCrO。

3）残液中和、管线内壁钝化。在清洗管线之后，应第一时间进行残液中和与管线内壁的钝化处理，以保护管线。反应方程式为：

中和反应式：NaOH+HCl=NaC1+HO，

管线内壁钝化反应式：

当被清洗过的管线、经过钝化处理的管线内壁，会有Fe(PO).3FeO钝化层覆盖在其表面，经过钝化处理后的管线抗腐蚀能力相比未经过钝化处理的高上10倍以上。

4 现场施工分析—宁20-25阀组管线酸洗为例

4.1 施工前准备工作

在施工前，针对施工方案、施工安全评价等展开多次讨论后，编制施工协调方案，划定了施工作业警戒区、施工区域车辆运行路线等，组织施工区域内的员工进行硫化氢知识培训。

在酸洗过程中也存在不安全因素，对此做好应急预案。

4.2 施工参数的确定

4.2.1 清洗用液量的确定

从碳酸钙、氧化铁、硫化铁与盐酸的化学反应式可以知道，将反应式中的100g碳酸钙、氧化铁、硫化铁采用72.9g、126g、124g的纯盐酸替换。垢样中各组分在溶解时对盐酸的消耗比例分别为39.6%、13.86%、8.68%，参照一下公式计算清楚碳酸盐水垢的盐酸用量。

表1 两次酸洗后注水情况对比

式中 V—需配置的酸洗液量(m);

0.622 —溶解1t混合垢需要的盐酸量(t);

V—结垢体积(m)；

γ—混合垢的密度(1.62t/m)；

a—酸洗后排放废液中残存酸浓度(%)(一般带压清洗时设定为 5%)；

ε—酸洗液中工业盐酸的浓度(%)；

γ—11%盐酸的密度(1.057t/m)。

4.2.2 清洗液的注入压力

注意为避免管线发生憋闷的现象，应确保在开管状态下进行清洗作业，管线中流体的摩阻、反应产生气体的膨胀压力是管线中的主要压力来源，经过计算设定其压力值＜4MPa。

4.2.3 清洗时间

确保每条管线施工作业时间应低于10h。在清洗管线时，清洗液浸泡的时间越长则会导致其腐蚀程度加大，参照锅炉清洗时间，将清洗时间定为10h。

4.3 施工设备(宁20-25阀组注水管线酸洗计算)

（1）清洗设备：400型水泥车一部；10m罐车2量；3m酸池子一具。

（2）施工设备：排污接头1个；2个50m排污胶管。

（3）安全设备：硫化氢气体探测仪三部（宁20-25阀组下游各井组各1部）；空气呼吸器(3-4具)；100升小苏打水(5%的碳酸氢钠溶液)。

4.4 过程监督

化学酸洗流程：罐车(酸液和药剂)柱塞泵→配水问→井口→排污池。

在清洗关系时，应分别在管线进出口每半小时取一次样，对其酸液的含酸量、Fe、Fe的浓度进行测量。当所清洗管线出口的酸浓度＞5%、管线压力不在升高时，连续两次测定保持稳定且三价铁离子浓度超过峰值，开始下降时便为酸洗的终点。

4.5 清洗效果检验

清洗后对宁20-25阀组的注入口和下游排酸口管线各割除1～1.5m进行开管检验，管线内壁光洁，无垢物，各项清洗指标基本达到要求。

宁20-25阀组2009年3月和5月两次酸洗后6口水井月注水情况对比如表1。

由以上数据可以看出，宁20-25阀组注水管线酸化后在平均注水天数一致的情况下，可比酸化前月多注20方，104配在2009年3月用低浓度效果不太理想，2009年5月略增大盐酸浓度后酸洗效果较好。再从单井酸洗增注水量效果对比，除垢前后对比发现管损减小，日增水量增多，解决了注水井长期欠注问题。

5 经济效益评价

借助化学酸洗管线为油田生产费用节省了一笔开支，节约了油田发展成本，主要体现在以下是两个方面：（1）就试采作业区宁138区块有80%以上的的注水管线使用年限超过8年，如果选择更换管线其成本巨大。借助化学酸洗清洗管线，能至少延长其3-5年的使用年限，延长其使用时间，为油田节约更换管线的成本；（2）在针对水井制定酸化措施时，首先应考虑是否是因为管线堵塞导致的无法注入水，这样能有效降低酸化的井次，通常酸化一口井的成本至少在20万，而选择化学酸洗，其成本只需要2-4万，这样减少一口酸化井则能为油田节约16-18万的成本。

6 几点认识

2009年试采作业区针对管线结垢欠注问题，自行设计酸化方案，安全实施管线酸洗15条次，主干线平均压损降低2MPa，节能降耗效果明显。通过对试采作业区管线进行清洗，发现就注水管线（干线）进行酸洗除垢是十分必要且可行的。

通过酸洗除垢能对管线结垢导致的管阻增大、垢下腐蚀等问题得到有效解决，使得管线输送水量、末端压力得到有效提升，管线的摩阻降低了，从而使注水泵使用寿命延长。

管线酸洗技术适用于支线多、有变径的注、采、输各类管线的清洗除垢，其具有施工参数设计准确、简便易操作等优点。