七个泉油田集输管道结垢机理及除垢措施

毛锦龙 胡利华 冯香玲 左磊 张敏

1青海油田采油三厂2青海油田测试公司3青海油田勘探开发研究院

七个泉油田集输管道结垢机理及除垢措施

毛锦龙1胡利华2冯香玲3左磊1张敏1

1青海油田采油三厂2青海油田测试公司3青海油田勘探开发研究院

集输管道结垢物一般都是具有反常溶解度的难溶盐类物质，在水中浓度达到饱和状态时，集输管道内壁的杂质就会结晶析出变成垢物。油田集输管道防垢通常采用化学防垢剂，但是常用的阻垢剂防垢仅有一定的效果，对于已结垢进行清除比较困难，在阻垢剂基础上，加入除垢剂（溶垢剂），复合使用提高除垢效果。七个泉集输站的酸洗实验表明，采用复合除垢剂对结垢严重管段循环清洗24h，除垢率可以达到98%以上。超声波除垢也是一种新型的防垢除垢技术，投资小、处理量大，自动化程度高，除垢过程清洁，可以有效清除集输管道内壁结垢物，阻止垢物产生。

集输管道；结垢；循环酸洗；复合除垢；永磁除垢

1 结垢机理

集输管道结垢物一般都是具有反常溶解度的难溶盐类物质，在水中浓度达到饱和状态时，集输管道内壁的杂质就会结晶析出变成垢物。集输管道结垢的物质种类很多，最常见的是碳酸钙、碳酸镁，容易除去。而硫酸盐垢，如BaSO4、SrSO4、CaSO4等结垢物就难以清除，危害比较大。此外还有FeCO3、FeS、Fe（OH）2等铁垢[1-2]。

根据垢成分分析集输管道主要为硅垢、铁垢、碳酸盐垢物等，现对其机理进行分析。

1.1 硅垢

硅垢的产生是一个非常复杂的物理化学变化过程，与油井所在地质条件和岩石层物质组成有关，随着油井地下水pH值的升高，油井岩层中的二氧化铝、二氧化硅、铝化合物被大量溶解形成离子物质，此时与存在的Ca2+、Mg2+、Ba2+等金属离子进行反应和结合，从而析出固体物质变成垢。

1.2 铁垢

油井结垢物质中铁成分较多，铁垢的形成有多种机理，大部分都由油井管道、铁材料设备腐蚀形成，主要形成机理包含以下3个方面：①硫酸盐还原菌的腐蚀形成铁垢物，硫酸盐还原菌的条件下造成管壁腐蚀，金属发生阴极去极化反应；②二氧化碳腐蚀与铁发生反应产生铁垢，二氧化碳溶于水形成碳酸发生电离形成腐蚀；③硫化氢的腐蚀，硫化氢溶于水就可以直接导致管道设备的腐蚀。

1.3 碳酸盐垢

以碳酸钙为例，碳酸钙在水中发生反应：Ca（HCO3）2→CaCO3↓+CO2+H2O，温度升高上述反应发生，从而产生碳酸钙垢。同理，碳酸镁等结垢也是如此。

2 集输管道除垢措施

2.1 防垢除垢剂复合除垢

油田集输管道防垢通常采用化学防垢剂，阻止管道结垢或者降低结垢率、结垢速度等，但是常用的阻垢剂防垢仅有一定的效果，对于已结垢进行清除比较困难，在阻垢剂基础上，加入除垢剂（溶垢剂），复合使用提高除垢效果。防垢剂选用PBTC、PBTCA、HEDP、PAPEMP、HPMA，溶垢剂选用HCl、冰乙酸、六次甲基四胺、天冬氨酸、柠檬酸。

采用HEDP、HCl、冰乙酸等混合比例搭配阻垢除垢效果最佳，通过不同比例实验研究，本文提出以HEDP和HC为主要试剂，同时加入0.7%的冰乙酸和1%的六次甲基四胺构成的复合除垢剂对结垢物进行清除，实验证明除垢效果良好，垢物去除率达到80%以上，但是会遗留酸液于集输管道内，需要清理[3]。

对于已严重结垢的集输管线，还可以使用复合除垢剂循环酸洗的方法，加强除垢效果。

七个泉集输站的酸洗实验表明，采用复合除垢剂对结垢严重管段循环清洗24h，除垢率可以达到98%以上。

2.2 超声波除垢

超声波除垢也是一种新型的防垢除垢技术，投资小、处理量大，自动化程度高，除垢过程清洁，可以有效清除集输管道内壁结垢物，阻止垢物产生。选用油田集输管道介质，加入过量的碳酸钠、氯化钙、氯化镁等物质，保证介质中CO32-、Ca2+、Mg2+饱和，对其进行无超声波、有超声波条件下的升温浓度测量。结果表明，在使用超声波的情况下，介质中的Ca2+、Mg2+的含量明显比无超声波时降低的慢，甚至有所升高。Ca2+随着温度的升高逐步结晶析出沉淀成碳酸钙垢物，当使用超声波时碳酸钙结晶速度缓慢。Mg2+在温度达到70℃时出现大幅度结晶，使用超声波时不会出现结晶现象。两种离子变化趋势说明超声波具有很好的抑制结垢的作用，可以在集输管道防垢除垢中得到良好应用。

2.3 永磁除垢和机械除垢

在油田集输管道容易结构部位安装永磁除垢器，永磁除垢器产生磁力线作用于结垢物时会产生一定的电动势，受到电场干扰时介质会被磁化，增大无机盐沉淀的电离度，破坏沉淀物或促使结垢物溶解脱落，进而进行冲洗或者让介质直接带走。

机械除垢一是采用高压水枪进行强力喷洗集输管道内壁，促使管道上面的结垢物脱落，进行清理除垢；二是采用移动式除垢器进入管道内部进行自动除垢作业，对管道结垢物进行刷、刮等清理，自动化控制其除垢作业。机械除垢主要是依靠自动化控制，但是处理时或用水量太大，或除垢时间长、除垢不彻底，实际除垢最好配合其他除垢措施进行联合使用，达到除垢彻底的目的。

3 结语

（1）在集输管道结垢机理、结垢影响因素进行分析的基础上，分析管道结垢物成分，由此从硅垢物、铁垢物、碳酸盐垢物3个主要结垢物成分方面对集输管道结垢机理进行分析，明确管道结垢的发生过程。

（2）根据七个泉油田集输管道结垢机理，从防垢溶垢剂除垢法、超声波防垢除垢法、永磁和机械除垢法对其除垢效果和机理进行研究，提出对应的集输管道除垢技术措施。

[1]李涛，许治寿，张献波，等．宝中集输管道结垢原因及垢沉积规律研究[J]．石油与天然气化工，2013，34（4）：303-307.

[2]贾海波，郭炎，李昱江．陕北油田集输系统结垢机理研究[J]．油气田地面工程，2009，28（10）：9-10.

[3]王兵，李长俊，廖柯嘉，等．管道结垢原因分析及常用除垢方法[J]．油气储运，2008（2）：59-61.

（栏目主持 焦晓梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.12.057