毛錦龍 胡利華 馮香玲 左磊 張敏

1青海油田采油三廠2青海油田測試公司3青海油田勘探開發(fā)研究院

七個(gè)泉油田集輸管道結(jié)垢機(jī)理及除垢措施

毛錦龍1胡利華2馮香玲3左磊1張敏1

1青海油田采油三廠2青海油田測試公司3青海油田勘探開發(fā)研究院

集輸管道結(jié)垢物一般都是具有反常溶解度的難溶鹽類物質(zhì)，在水中濃度達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，集輸管道內(nèi)壁的雜質(zhì)就會(huì)結(jié)晶析出變成垢物。油田集輸管道防垢通常采用化學(xué)防垢劑，但是常用的阻垢劑防垢僅有一定的效果，對(duì)于已結(jié)垢進(jìn)行清除比較困難，在阻垢劑基礎(chǔ)上，加入除垢劑（溶垢劑），復(fù)合使用提高除垢效果。七個(gè)泉集輸站的酸洗實(shí)驗(yàn)表明，采用復(fù)合除垢劑對(duì)結(jié)垢嚴(yán)重管段循環(huán)清洗24h，除垢率可以達(dá)到98%以上。超聲波除垢也是一種新型的防垢除垢技術(shù)，投資小、處理量大，自動(dòng)化程度高，除垢過程清潔，可以有效清除集輸管道內(nèi)壁結(jié)垢物，阻止垢物產(chǎn)生。

集輸管道；結(jié)垢；循環(huán)酸洗；復(fù)合除垢；永磁除垢

1 結(jié)垢機(jī)理

集輸管道結(jié)垢物一般都是具有反常溶解度的難溶鹽類物質(zhì)，在水中濃度達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，集輸管道內(nèi)壁的雜質(zhì)就會(huì)結(jié)晶析出變成垢物。集輸管道結(jié)垢的物質(zhì)種類很多，最常見的是碳酸鈣、碳酸鎂，容易除去。而硫酸鹽垢，如BaSO4、SrSO4、CaSO4等結(jié)垢物就難以清除，危害比較大。此外還有FeCO3、FeS、Fe（OH）2等鐵垢[1-2]。

根據(jù)垢成分分析集輸管道主要為硅垢、鐵垢、碳酸鹽垢物等，現(xiàn)對(duì)其機(jī)理進(jìn)行分析。

1.1 硅垢

硅垢的產(chǎn)生是一個(gè)非常復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程，與油井所在地質(zhì)條件和巖石層物質(zhì)組成有關(guān)，隨著油井地下水pH值的升高，油井巖層中的二氧化鋁、二氧化硅、鋁化合物被大量溶解形成離子物質(zhì)，此時(shí)與存在的Ca2+、Mg2+、Ba2+等金屬離子進(jìn)行反應(yīng)和結(jié)合，從而析出固體物質(zhì)變成垢。

1.2 鐵垢

油井結(jié)垢物質(zhì)中鐵成分較多，鐵垢的形成有多種機(jī)理，大部分都由油井管道、鐵材料設(shè)備腐蝕形成，主要形成機(jī)理包含以下3個(gè)方面：①硫酸鹽還原菌的腐蝕形成鐵垢物，硫酸鹽還原菌的條件下造成管壁腐蝕，金屬發(fā)生陰極去極化反應(yīng)；②二氧化碳腐蝕與鐵發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生鐵垢，二氧化碳溶于水形成碳酸發(fā)生電離形成腐蝕；③硫化氫的腐蝕，硫化氫溶于水就可以直接導(dǎo)致管道設(shè)備的腐蝕。

1.3 碳酸鹽垢

以碳酸鈣為例，碳酸鈣在水中發(fā)生反應(yīng)：Ca（HCO3）2→CaCO3↓+CO2+H2O，溫度升高上述反應(yīng)發(fā)生，從而產(chǎn)生碳酸鈣垢。同理，碳酸鎂等結(jié)垢也是如此。

2 集輸管道除垢措施

2.1 防垢除垢劑復(fù)合除垢

油田集輸管道防垢通常采用化學(xué)防垢劑，阻止管道結(jié)垢或者降低結(jié)垢率、結(jié)垢速度等，但是常用的阻垢劑防垢僅有一定的效果，對(duì)于已結(jié)垢進(jìn)行清除比較困難，在阻垢劑基礎(chǔ)上，加入除垢劑（溶垢劑），復(fù)合使用提高除垢效果。防垢劑選用PBTC、PBTCA、HEDP、PAPEMP、HPMA，溶垢劑選用HCl、冰乙酸、六次甲基四胺、天冬氨酸、檸檬酸。

采用HEDP、HCl、冰乙酸等混合比例搭配阻垢除垢效果最佳，通過不同比例實(shí)驗(yàn)研究，本文提出以HEDP和HC為主要試劑，同時(shí)加入0.7%的冰乙酸和1%的六次甲基四胺構(gòu)成的復(fù)合除垢劑對(duì)結(jié)垢物進(jìn)行清除，實(shí)驗(yàn)證明除垢效果良好，垢物去除率達(dá)到80%以上，但是會(huì)遺留酸液于集輸管道內(nèi)，需要清理[3]。

對(duì)于已嚴(yán)重結(jié)垢的集輸管線，還可以使用復(fù)合除垢劑循環(huán)酸洗的方法，加強(qiáng)除垢效果。

七個(gè)泉集輸站的酸洗實(shí)驗(yàn)表明，采用復(fù)合除垢劑對(duì)結(jié)垢嚴(yán)重管段循環(huán)清洗24h，除垢率可以達(dá)到98%以上。

2.2 超聲波除垢

超聲波除垢也是一種新型的防垢除垢技術(shù)，投資小、處理量大，自動(dòng)化程度高，除垢過程清潔，可以有效清除集輸管道內(nèi)壁結(jié)垢物，阻止垢物產(chǎn)生。選用油田集輸管道介質(zhì)，加入過量的碳酸鈉、氯化鈣、氯化鎂等物質(zhì)，保證介質(zhì)中CO32-、Ca2+、Mg2+飽和，對(duì)其進(jìn)行無超聲波、有超聲波條件下的升溫濃度測量。結(jié)果表明，在使用超聲波的情況下，介質(zhì)中的Ca2+、Mg2+的含量明顯比無超聲波時(shí)降低的慢，甚至有所升高。Ca2+隨著溫度的升高逐步結(jié)晶析出沉淀成碳酸鈣垢物，當(dāng)使用超聲波時(shí)碳酸鈣結(jié)晶速度緩慢。Mg2+在溫度達(dá)到70℃時(shí)出現(xiàn)大幅度結(jié)晶，使用超聲波時(shí)不會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象。兩種離子變化趨勢說明超聲波具有很好的抑制結(jié)垢的作用，可以在集輸管道防垢除垢中得到良好應(yīng)用。

2.3 永磁除垢和機(jī)械除垢

在油田集輸管道容易結(jié)構(gòu)部位安裝永磁除垢器，永磁除垢器產(chǎn)生磁力線作用于結(jié)垢物時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的電動(dòng)勢，受到電場干擾時(shí)介質(zhì)會(huì)被磁化，增大無機(jī)鹽沉淀的電離度，破壞沉淀物或促使結(jié)垢物溶解脫落，進(jìn)而進(jìn)行沖洗或者讓介質(zhì)直接帶走。

機(jī)械除垢一是采用高壓水槍進(jìn)行強(qiáng)力噴洗集輸管道內(nèi)壁，促使管道上面的結(jié)垢物脫落，進(jìn)行清理除垢；二是采用移動(dòng)式除垢器進(jìn)入管道內(nèi)部進(jìn)行自動(dòng)除垢作業(yè)，對(duì)管道結(jié)垢物進(jìn)行刷、刮等清理，自動(dòng)化控制其除垢作業(yè)。機(jī)械除垢主要是依靠自動(dòng)化控制，但是處理時(shí)或用水量太大，或除垢時(shí)間長、除垢不徹底，實(shí)際除垢最好配合其他除垢措施進(jìn)行聯(lián)合使用，達(dá)到除垢徹底的目的。

3 結(jié)語

（1）在集輸管道結(jié)垢機(jī)理、結(jié)垢影響因素進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，分析管道結(jié)垢物成分，由此從硅垢物、鐵垢物、碳酸鹽垢物3個(gè)主要結(jié)垢物成分方面對(duì)集輸管道結(jié)垢機(jī)理進(jìn)行分析，明確管道結(jié)垢的發(fā)生過程。

（2）根據(jù)七個(gè)泉油田集輸管道結(jié)垢機(jī)理，從防垢溶垢劑除垢法、超聲波防垢除垢法、永磁和機(jī)械除垢法對(duì)其除垢效果和機(jī)理進(jìn)行研究，提出對(duì)應(yīng)的集輸管道除垢技術(shù)措施。

[1]李濤，許治壽，張獻(xiàn)波，等．寶中集輸管道結(jié)垢原因及垢沉積規(guī)律研究[J]．石油與天然氣化工，2013，34（4）：303-307.

[2]賈海波，郭炎，李昱江．陜北油田集輸系統(tǒng)結(jié)垢機(jī)理研究[J]．油氣田地面工程，2009，28（10）：9-10.

[3]王兵，李長俊，廖柯嘉，等．管道結(jié)垢原因分析及常用除垢方法[J]．油氣儲(chǔ)運(yùn)，2008（2）：59-61.

（欄目主持 焦曉梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.057