王琪，劉江紅，王慶國，李宜然

（1.東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江大慶163453；2.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江大慶163453）

綜述

油田清垢技術(shù)研究進(jìn)展*

王琪1，2，劉江紅1，王慶國2，李宜然2

（1.東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江大慶163453；2.大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江大慶163453）

垢一直是影響油田原油采收率的重要因素之一。油田開采過程中，油井的泵和管柱、地面集輸系統(tǒng)管道和近地地層結(jié)垢問題十分突出，造成原油產(chǎn)量縮減、設(shè)備磨損，最嚴(yán)重會致使油井停產(chǎn)、報廢甚至引發(fā)生產(chǎn)安全問題，所以清垢是油田維持安全生產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的重要手段之一。油田結(jié)垢原因復(fù)雜，本文綜述了影響油田結(jié)垢的主要因素，總結(jié)了油田現(xiàn)有清垢技術(shù)及分析其優(yōu)缺點，并展望油田清垢技術(shù)發(fā)展方向。

油田結(jié)垢；影響因素；清垢；技術(shù)優(yōu)劣

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速持續(xù)發(fā)展，我國對石油的需求量在不斷增加，目前，在發(fā)現(xiàn)新油田和新儲量越來越困難的情況下，如何維持現(xiàn)有油田的持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)是每個油田技術(shù)員追求的目標(biāo)。隨著我國內(nèi)陸主力油田相繼進(jìn)入開發(fā)中后期，大慶油田、吉林油田、勝利油田等多數(shù)區(qū)塊都進(jìn)入二次、三次開采階段，而油田長期進(jìn)行水驅(qū)、聚驅(qū)、三元復(fù)合驅(qū)等使得油井、注水井的泵和管柱、地面集輸系統(tǒng)、地層均出現(xiàn)了不同程度的結(jié)垢，嚴(yán)重影響了原油采收率。

油田結(jié)垢原因復(fù)雜，科研和生產(chǎn)中對影響油田結(jié)垢的因素進(jìn)行了大量現(xiàn)場觀測及實驗研究。研究結(jié)果表明，不同結(jié)垢部位、不同影響因素影響了垢的種類及其物理性質(zhì)。而油田清垢技術(shù)須針對結(jié)垢部位及垢的類別，設(shè)計清垢方案，選擇不同的清垢技術(shù)。因此，本文綜述了影響油田結(jié)垢的主要因素，并總結(jié)了國內(nèi)外現(xiàn)有清垢技術(shù)，以期為油田清垢發(fā)展方向提供一些新思路。

1　影響油田結(jié)垢的主要因素

油田結(jié)垢以主要結(jié)垢部位劃分為3個部分：近地地層、油井和地面集輸系統(tǒng)管線，其中油井又分為機采井及水井，本文重點介紹影響地層及油井結(jié)垢的主要因素。

1.1影響地層結(jié)垢的主要因素

影響地層結(jié)垢的主要因素主要有：（1）注入水與地層水不配伍性。在開采過程中，為補充地層能量，需要不斷從注水井向地層注水驅(qū)油。在注水與地層水混合過程中，如果注水所含成分與地層水不配伍更會加速結(jié)垢。在油田開采中地下不同水系相混，注入水又和地下水的不同水質(zhì)相混，導(dǎo)致成垢離子相互補充，不同水質(zhì)相互排斥，水中懸浮物及機械雜質(zhì)增溶性下降、腐蝕產(chǎn)物（FeS、Fe2O3）粘土礦物質(zhì)等出現(xiàn)無機沉積物。然后在地層巖石孔隙中產(chǎn)生結(jié)垢，堵塞注水通道和產(chǎn)油通道［1］。（2）細(xì)菌。油田開采中細(xì)菌堵塞地層主要有兩種情況：細(xì)菌自身大量繁殖，形成菌絡(luò)堵塞地層和細(xì)菌代謝產(chǎn)生的粘液堵塞地層［2］。（3）粘土礦物。粘土礦物堵塞地層主要體現(xiàn)在儲層的敏感性，酸敏、水敏的地層儲層出水后粘土礦物膨脹易造成地層孔隙堵塞。（4）油井注入酸堿等液體。以大慶油田為例，大慶油田某區(qū)塊采用三元復(fù)合驅(qū)法采油，三元復(fù)合驅(qū)液體呈堿性，注入地下可溶掉地層以含硅等元素為主的巖石，但酸洗時酸化液會中和掉一部分堿，使得硅垢析出堵塞地層［3］。

1.2影響油井結(jié)垢的主要因素

油井結(jié)垢中的機采井結(jié)垢是油田3大結(jié)垢部位中結(jié)垢成因最復(fù)雜的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地層和地面集輸系統(tǒng)結(jié)垢。具體原因有以下6個：（1）溫度。采出液中大部分金屬離子溶解度隨溫度降低而減小。采出液從地層至地表過程中，溫度逐漸降低，使得金屬離子溶解度逐漸降低至析出生成垢。（2）壓力。隨著采出系統(tǒng)壓力減小，采出液中CO2的溶解度隨之減小，導(dǎo)致采出液中CaCO3的溶解度減小至析出生成垢［4］。（3）礦化度。因地層元素組成不同，不同地區(qū)采出液礦化度不同、不同油田區(qū)塊注水驅(qū)油中注入水的礦化度也不同。礦化度降低導(dǎo)致鈣垢中的CaCO3溶解度降低至析出垢。礦化度高硅垢等垢質(zhì)易于生成析出。（4）pH值。pH值降低時，鈣垢、鋇垢等在采出液中以離子形式存在，但以無定型SiO2為主的硅垢結(jié)垢趨勢明顯［5］。pH值升高時，以無定型SiO2為主的硅垢溶解度升高，但鈣垢等反應(yīng)生成沉淀［6］。（5）采出液流速。因地層結(jié)垢及油井、集輸系統(tǒng)油管結(jié)垢，導(dǎo)致地層間采出液流動速度變緩甚至反阻，油管內(nèi)徑變窄。在時間一定時，油管內(nèi)壁變窄意味著采出液流量變小，流量變小致使采出液流速變緩，在重力作用下沉積速度變快，造成結(jié)垢更快導(dǎo)致地層空隙、油管內(nèi)徑更窄，導(dǎo)致流速變緩惡性循環(huán)。（6）采出液中蠟、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)及有機物。采出液中的重油部分蠟、膠質(zhì)及瀝青質(zhì)在開采、集輸過程中，隨著溫度、壓力變化極易粘附于有垢的管壁上，與無機垢混在一起產(chǎn)生混合垢。而水井結(jié)垢原因相對較為簡單，主要以溫度、礦化度為主［7］。

1.3影響地面集輸管線結(jié)垢的主要因素

影響地面集輸管線結(jié)垢的主要因素為集輸管線輸送的油氣中未去除的有機物、H2S、CO2、細(xì)菌、砂礫等雜質(zhì)，容易沉積、黏附在集輸管線管道內(nèi)壁形成污垢。

2　國內(nèi)外油田清垢主要技術(shù)

國內(nèi)外油田清垢主要技術(shù)有6種，分別為化學(xué)清垢技術(shù)、機械清垢技術(shù)、超聲波清垢技術(shù)、空穴射流清垢技術(shù)、高壓水射流清垢技術(shù)及電磁清垢技術(shù)。

2.1化學(xué)清垢技術(shù)

國內(nèi)油田現(xiàn)以化學(xué)清垢技術(shù)為主，化學(xué)清垢以其清垢時間短、見效快、成本低等優(yōu)點至今尚無其他技術(shù)可替代［8］?；瘜W(xué)清垢主要為傳統(tǒng)的“酸處理工藝”及堿清洗。結(jié)垢嚴(yán)重的油層采用酸化壓裂處理，油井采用循環(huán)酸洗或堿清洗，水井采用酸化處理。堿性清垢液清洗油井中油脂性污垢效果比較好，可將其用作脫脂劑，將油脂溶解到水中后清洗掉。堿具有很強的化學(xué)活性，它對鋼管內(nèi)表面僅產(chǎn)生輕微作用，而對污垢作用比較明顯，較易解離而去掉。酸洗針對結(jié)垢層中含有的化學(xué)成分來選取適當(dāng)?shù)乃犷惢瘜W(xué)劑溶解污垢。選擇酸類清垢劑具體取決于垢質(zhì)成份及管道材質(zhì)等因素，但由于垢質(zhì)所含成份不同，普通的清垢劑根本無法達(dá)到預(yù)期效果，加上化學(xué)清垢技術(shù)復(fù)雜多變，具體操作過程中極易引發(fā)管線腐蝕及環(huán)境污染，清垢液反排治理也需成本。張紹廣［9］使用酸洗清垢技術(shù)清洗SZ36-1油田CEP-A平臺輸水管道，清垢后當(dāng)量管徑明顯增大，流量和流速顯著提高。

2.2機械清垢技術(shù)

機械清垢技術(shù)即傳統(tǒng)的物理清垢技術(shù)。機械法是油田最早使用的清垢手段之一，該技術(shù)較為復(fù)雜，可概括為“管道機器人清洗法”。工作原理主要是以管道端的輸送泵為動力，利用管道機器人邊緣特有的裝置對管道進(jìn)行清垢的一項技術(shù)。包括現(xiàn)場跟蹤技術(shù)和發(fā)射接收技術(shù)。因為費用高、效率低，所以目前國內(nèi)較少采用。所有機械法都是機械對系統(tǒng)器壁施加一個力進(jìn)行刮（磨）垢蝕。徐宏國等［10］利用PIG機械清垢技術(shù)在濱南采油廠對注水管線進(jìn)行清垢，清洗后割管檢驗清洗效果，目測基本無余垢，管線注水后數(shù)據(jù)顯示，在相同注水壓力下流量增加明顯，在相同注水流量下壓力降降低0.4～1.5MPa，達(dá)到預(yù)期的清垢要求。

2.3超聲波清垢技術(shù)

超聲波清垢技術(shù)是利用聲激儀產(chǎn)生的高強聲激波對集輸管線輸送的液體進(jìn)行處理，超聲波場作用于液體中結(jié)垢物質(zhì)，使其物理、化學(xué)形態(tài)發(fā)生改變，出現(xiàn)脫落、粉碎、分散，而不會在管道內(nèi)壁進(jìn)行沉積、黏附形成污垢［11］。超聲波清垢技術(shù)相比于傳統(tǒng)化學(xué)、機械清垢技術(shù)具有顯著優(yōu)勢，不僅能連續(xù)在線工作，而且該清垢機的操作性能安全、自動化水平高、投資成本少及環(huán)境污染率低。但該技術(shù)一般使用于地面集輸管線內(nèi)壁未形成垢質(zhì)前進(jìn)行防垢，垢質(zhì)致密堅硬時，這種方法不理想。高玉芝［12］使用CMFG超聲波裝置對天津石化烯烴部聚乙烯車間調(diào)溫水換熱器進(jìn)行實驗，結(jié)果表明該超聲波裝置具有清垢效果良好，并能保持穩(wěn)定運行的特點。

2.4空穴射流清垢技術(shù)

空穴是因液體中局部低壓低于相應(yīng)溫度下該液體的飽和蒸汽壓，導(dǎo)致液體汽化而引發(fā)微氣泡（或氣核）爆發(fā)性生長的現(xiàn)象?？昭ㄉ淞髑骞讣夹g(shù)是在射流噴嘴中加活動轉(zhuǎn)葉或中心體，使流體繞流或在射流剪切層內(nèi)形成大量渦旋，其中心壓力降低，造成水射流內(nèi)等處的局部壓力降至該處的飽和蒸汽壓以下，從而在射流內(nèi)部產(chǎn)生數(shù)量眾多并具有一定大小尺寸的微氣泡，形成沖擊波，打破管內(nèi)壁與污垢的黏合力，實現(xiàn)對管道的徹底清洗［13］。該技術(shù)可徹底清除輸油管線、注水管線中的硫酸鋇鍶垢。殷峰炎等［14］使用水力空穴射流技術(shù)對三元復(fù)合驅(qū)計量間摻水管線和集油管線進(jìn)行清垢，清垢后管壁無腐蝕、損傷現(xiàn)象發(fā)生，垢質(zhì)清除徹底，肉眼觀察可見管道內(nèi)壁清潔，除垢效果較好。

2.5高壓水射流清垢技術(shù)

高壓水射流是早期油田清垢手段之一。通過高壓泵和專門噴嘴將水以高速、高壓狀態(tài)射出，強大的沖擊力按一定角度連續(xù)不斷地沖擊管道污垢，從而使管內(nèi)壁的污垢直接脫落，達(dá)到清洗目的。高壓水射流清垢技術(shù)可根據(jù)垢的性質(zhì)、成分調(diào)整清洗的壓力和速度，與化學(xué)清垢技術(shù)相比具有無污染、不腐蝕管道、操作簡單及節(jié)能等優(yōu)點，清洗質(zhì)量高［15］。該方法操作簡單，工作效率較高，但不足之處是清洗成本高，油管須拆裝清洗。李根生等針對勝利油田注水井油管結(jié)垢研究了高壓水射流清垢技術(shù)，并設(shè)計了兩套使用的高壓水射流清垢方案。經(jīng)現(xiàn)場試驗，在射流壓力為20MPa時，清垢率可達(dá)100%。

2.6電磁清垢技術(shù)

電磁清垢技術(shù)產(chǎn)生磁力線作用于垢質(zhì)時會產(chǎn)生一定的電動勢，受到電場干擾時管道內(nèi)液體會被磁化，增大無機鹽沉淀的電離度，破壞沉淀物或促使結(jié)垢物溶解脫落，進(jìn)而進(jìn)行沖洗或者讓管內(nèi)液體直接帶走。該方法較適合應(yīng)用于注水井、集輸系統(tǒng)管線。

以上6種清垢技術(shù)的優(yōu)劣對比見表1。

表1　國內(nèi)外油田清垢技術(shù)優(yōu)劣對比Tab.1 Comparison of dirt clean technique in home and abroad

從表1可以看出，目前沒有任何一種清垢技術(shù)可以達(dá)到成本低、清垢時間短、操作簡便、對設(shè)備損耗小、無污染的目標(biāo)。因此，設(shè)計一種成本低、見效快、操作簡單、對設(shè)備損耗小、無污染、清防一體的復(fù)合型清垢技術(shù)是油田清垢技術(shù)未來發(fā)展方向。

3　結(jié)語

目前，我國內(nèi)陸主力油田相繼進(jìn)入開發(fā)中后期，在二次采油、三次采油技術(shù)下，結(jié)垢問題以結(jié)垢量大、清垢周期短等問題使得維護(hù)成本日漸增高。我國內(nèi)陸油田目前主要采用化學(xué)清垢技術(shù)，雖有成本低、見效快等優(yōu)點，但會對環(huán)境造成污染，難治理。其他一些清垢技術(shù)雖有對環(huán)境無污染、不腐蝕管道、操作簡單等優(yōu)點，但也存在一定的缺陷，其在成本和效率上無法與化學(xué)清垢技術(shù)相抗衡。這是其他清垢技術(shù)雖然受到人們關(guān)注但同時也受到很大程度的使用限制而不能進(jìn)行大規(guī)模普及的重要原因。為解決這個重要問題，要在以下3個方面進(jìn)行研究探索：（1）研制環(huán)境友好型、對管線和泵腐蝕率低的化學(xué)清垢劑。（2）改進(jìn)現(xiàn)有機械清垢技術(shù)，降低成本增加效率。（3）研究復(fù)合型清垢技術(shù)，以預(yù)防結(jié)垢為主，清防結(jié)合，將化學(xué)清垢、防垢技術(shù)及機械清垢技術(shù)結(jié)合起來，研制環(huán)境友好型、腐蝕率低的清垢劑及防垢劑，加入到機械清垢技術(shù)里，使機械清垢技術(shù)提高效率，邊清垢邊預(yù)防，一步到位，節(jié)省時間、人力，降低總成本?？傊?，隨著科學(xué)清垢技術(shù)快速發(fā)展，復(fù)合型清垢技術(shù)終將代替單一清垢手段。

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Research development of cleaning scale technology in the oilfield*

WANG Qi1，2，LIU Jiang-hong1，WANG Qing-guo2，LIYi-ran2
（1.Chemical Engineering，Northeast Petroleum University，Daqing 163453，China；2.Oil Production Engineering Institute of Daqing Oilfield Company Ltd，Daqing 163453，China）

Scale has always been one of the important factors thataffect crude oil recovery.During the process of oilfield exp loitation，severe problems of scale formation are discovered at the pump and column of well，the pipelines of near surface gathering system and oilwells near land stratum.Due to the serious results caused by scale，such as reduction in crude oil production，wear and tear of equipment，shutting down and scraping the wells，and even some security problems，scale removal is an importantway tomaintain oil producing safety and guarantee a high and steady yield.The reasons for results in oil scale are complex.This paper reviews themain factors affecting formation of oilfield scale，summarizes the present techniques for scale removal and analyzes theirmerit and demerit.In addition，the expectation about further developmentof scale removal technologies is also propounded.

oil fouling；factors；clean dirt；technicalmerits

TE358；TE832

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20160244

2015-11-02

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項目（No.12531064）

王琪（1990-），女，在讀碩士研究生，主要研究方向：環(huán)境化學(xué)。

導(dǎo)師簡介：劉江紅，女，教授，研究方向：環(huán)境生物技術(shù)和土壤環(huán)境、水處理方面。