油田注水结垢及其防治方法分析与研究

摘 要：在油田注水开发的过程中，经常会出现结垢问题，不但影响了油田企业的正常生产，而且会给其带来一定的经济损失。因此，为了提高油田的生产效率，充分利用水资源，油田企业必须采取相应的防垢措施，为油田的正常生产奠定一定的基础。本文主要对油田注水结垢及其防治方法进行了分析与研究，首先对注水结垢的类型及原因进行了简要叙述，然后对结垢过程及影响因素进行了系统的分析与研究，最后提出了几点防垢措施，希望本文的分析与探索可以给油田化学方面的从业者提供一定的参考。

关键词：离子;注水;溶解度;结垢;防垢;地层水

0 引言

随着油田的持续开发，很多油田都进入了勘探开发的中后期阶段，为了保持地下地层的压力，进而提高油田的采收率，几乎所有的油田都会选用经济实惠、方便有效的注水开发方式进行油田的开采。但是，注水开发过程中，采出的污水中含有非常多的易成垢离子，从而使得油水井出现结垢问题。这种问题会对油田的正常生产产生诸多危害，如降低油层渗透性、损害和腐蚀相关仪器设备、阻塞集输系统等，不但会减少仪器设备的使用寿命，而且最终会导致油井出现过早报废的现象[1-3]。因此，如何防垢和除垢是油田企业关注的热点和难点。

1 注水结垢的类型及原因

水溶液中的某些难容或微溶盐类的离子在物体表面会逐渐沉积成致密、坚硬的水垢。一般而言，水垢的种类非常多，而油田注水垢的种类比较少，主要有4种：①碳酸盐垢;②硫酸盐垢;③铁化物垢;④氯化钠垢等。通常而言，水垢的种类并不单一，一般都是以某种垢为主，其他垢为辅的混合垢。通过大量的取样分析可知，油田中的注水垢基本都是由钡锶垢和钙垢组成的复合垢，前者最难于去除;后者比较致密，可溶于盐酸，但是酸洗的方式在一定程度上容易腐蚀地层和仪器设备。

注水结垢的原因主要有以下2种[1-3]：①在注水过程中，注入水与地层水具有比较大的差异。注入水通常可以分为2种：a.清水;b.污水，前者是指地表水或者地下水，后者是指在开采原油的过程中采出的油层水[2，3]。在注水开采过程中，油田需要使用非常多的水资源，但是很多油田地处水资源匮乏的山地、沙漠、戈壁等地区，另外，2015年环境保护法的实施之后，国家对环境保护的处罚力度日益加大。因此，绝大多数的油田企业都是采用污水回注以及清污混注的方式进行开采，以此来提高水资源的利用率。当回注的水进入地下地层之后，这些水会与地层水相互接触，注入水中的成垢离子就会随之扩散到地层水之中，加之成垢离子之间的相互作用，就容易结垢;②在地层水中，原本就存在一些成垢阴阳离子。在油田开采的进程中，地层中的各种因素在不断改变，如压力、温度以及酸碱度等，在一定程度上打破了地层原有的化学平衡，改变了地层水中成垢组分的溶解度，这些成垢组分就会结晶，从而沉积成垢。

2 结垢过程及影响因素

通常情况下，油田注水结垢主要分为以下4个步骤（以Ca2+为例）：①垢的析出，水离子相互结合，然后形成溶解度比较小的盐类分子;②垢的生长，经过分子结合和排列等过程，盐类分子逐渐形成微晶体，之后就依附在底垢上进入晶体粒化的过程;③垢的沉积，大量晶体持续堆积，进而不断长大，并沉积成肉眼可见的垢;④由于所处的环境和条件不同，最终形成不同产状的垢。

很多因素都会影响油田注水结垢，其中最关键的因素就是成垢离子的溶解度，而溶解度还与温度、压力、pH值等有关：①温度的影响，在不同温度条件下，不同的成垢离子的溶解度不同;②压力的影响，成垢离子会随着压力的增加而增大，一旦地层的压力大幅减小，就会结垢;③pH值的影响，在不同pH值条件下，不同的成垢离子的溶解度不同，例如pH值越高，CaCO3的溶解度小，而pH值对CaSO4的溶解度影响较小;除了上述溶解度之外，注水结垢还受其他因素的影响，如液体流速、流态以及分布等。在注水开发过程中，各种条件复杂多变，结垢的影响因素众多，且联合作用，互相影响[1-3]。

3 防垢方法

在油田开发的过程中，结垢会导致地层的堵塞，不但会影响油田生产系统的热传递，而且会严重影响油田的产量。为了确保油田开发可以稳定进行，提高油田的采收率，油田企业必须采取有效的防垢措施，尽可能地减少因结垢而造成的经济损失[2，3]。一般情况下，防垢主要从2方面考虑：①消除结垢原因;②阻止結垢过程。前者的主要方式为降低水的碱度、pH值以及矿化度等，后者的主要方式为使各种类型的水之间匹配性更好，但是后者所需的资金投资大、工艺比较复杂、与实际情况相悖。目前，常用的防垢措施主要有以下3种：

3.1 机械除垢

机械除垢法是利用旋转削切仪器来去除已经结的垢物。但是这种方法只针对局部除垢，并且这种方法容易对结垢部位造成刮伤，从而导致更严重的腐蚀结垢问题。

3.2 化学防垢

化学防垢法是在油田开发过程中，通过加入化学药剂，然后这些药剂与水体中的离子发生反应以达到防垢的目的[3，4]。这些化学药剂主要是与一些溶解度比较小的盐类发生反应，然后可以使成垢离子在水中稳定下来，保持其在水中扩散的状态，而不会继续在金属表面进行成垢。目前，在各种防垢方法中，化学防垢法的技术比较先进和有效，作用范围比较广，阻垢的效果好，成本较低，而且施工非常简单。因此，油田生产中大多使用阻垢剂来减轻或抑制油田结垢的发展，主要有4种方法：①酸处理法;②注CO2法;③螯合剂;④阻垢剂。由于阻垢剂法的成本较低，而且效果持续长，通常都是加阻垢剂进行防垢，该方法是直接将防垢剂随着注入水挤入地层之中，使其与成垢离子之间发生络合反应，然后使这些离子稳定下来。

3.3 物理防垢

物理防垢是指利用一些物理方法来减少或抑制垢晶体的扩大，使其在水中扩散，而不是在金属表面进行不断沉积。目前，物理防垢法主要有5种：①超声波法;②磁化法;③电处理法;④辐射处理法;⑤催化处理法等。这种防垢法的主要优势是不会污染环境，但是能够作用到的范围非常有限。

近些年以来，很多油田开始使用物理防垢器，目前主要

有3种技术：①WaterHacker技术;②Enmax技术;③量

子环通管技术。其中，最常用的是WaterHacker技术，这种技术可以持续产生高频变频方波，可以有效防止水垢形成，而且可以去除之前形成的水垢，不需要依赖的水流速度，并且还具有防腐、杀菌等功能。这种技术的优点是易于安装，不用更换配管，不会产生堵塞管道的现象，基本不会影响流程。

4 结语

油田注水结垢会严重降低油田的采收率，相关从业者必须加大对油田注水结垢防治方面的研究力度，不断创新，深入研究更加高效、经济的新方法，尽可能地降低注水结垢对油田企业所造成的损失，为油田的顺利开采提供良好的保障，从而推动我国经济的全面发展。

参考文献：

[1]马慧斌，刘景霞.油田注水开发后结垢影响因素分析[J].中国化工贸易，2017，9（20）：233.

[2]刘春阳，胡芳芳，蔡宗虎，等.胜利油田注水系统结垢原因及其危害分析[J].中国化工贸易，2014，（32）：98.

[3]吴利超，屈亚宁，刘亚洲，等.低渗注水油田地层结垢的防治技术分析[J].中国化工贸易，2015，7（26）：166.

[4]张西子.化学防垢法的分析与探索[J].中国化工贸易，2020， 12（19）：84-85.

作者简介：

张西子（1988- ），女，汉族，辽宁辽阳人，硕士，工程师，主要从事油田化学方面的工作。