三元复合驱地面工艺除防垢技术

武云龙 大庆油田采油五厂

三元复合驱技术（ASP）产生于上世纪80年代，是指将碱剂（A）、表面活性剂（S）、聚合物P）按一定的比例混合后注入地层，扩大波及体积以达到提高采收率的目的。三元复合驱技术充分提高了各种化学剂效率，并大幅度降低了化学剂尤其是表面活性剂的用量。

大庆油田于1993年和1994年分别在中区西部和杏五区中块开展了三元复合驱先导性矿场试验，以确定三元复合驱的技术效果。

1 结垢情况

矿场试验结果表明，三元复合驱可以大幅度提高原油采收率，但同时注采系统及地层近井地带结垢现象也非常严重，地面管线堵塞及近井地带的结垢影响了三元复合驱的推广应用。从现场生产情况来看，配注系统、集输系统、加热炉不同程度地出现结垢现象，严重影响了油田的正常生产。

（1）配注系统结垢较严重，清垢工作量较大。注入设备故障率较高，生产维护成本增加。虽可采取增加一些关键设备的备用数量来解决问题，但这样既增大了工程投资，还会增加运行操作成本。

（2）管线结垢严重，致使单井回压升高，冲洗周期缩短，影响正常产量。如果管线堵塞严重，随之产生的管线维护、更换等相关费用则更加巨大。

（3）加热炉内部结垢相对较轻。主要问题在于炉内淤积量较大，清淤周期比水驱缩短了1/3，因此应建立完善的清淤制度，保证正常生产。

2 结垢机理

通过对管线垢样分析可以得出，垢主要是由CaCO3和SiO2沉积而成。

由垢的组成分析，三元复合驱结垢的根本原因是碱（NaOH、Na2CO3）进入储层，对地层内的岩石和黏土等矿物发生溶蚀和离子交换作用，驱替液在注入井到采出井之间的迁移过程中逐渐被多价阳离子、硅酸根离子和偏铝酸根离子所饱和。这些无机离子随着采出液集输、处理过程中压力、温度的变化，析出碳酸盐、硅铝酸盐和非晶质SiO2等固体颗粒，产生了严重的结垢现象。

3 除防垢技术

目前油田所用的除防垢技术较为多样化，主要分为化学方法和物理方法。各类方法的技术日趋先进和成熟，在实际生产应用中，由于采出液及生产工况不同，应用效果各有利弊。

3.1 化学除防垢剂

针对油田的条件和结垢类型，自20世纪30年代以来，除防垢剂经历了从无机物到有机物，从小分子到高分子聚合物的发展历程。化学除防垢技术可以应用到结垢生成的各个层面，对结垢部位也没用太多的限制，目前已经发展成为一种相对有效的防垢技术。油田常用的化学除垢技术主要是酸洗方法除垢。

化学除防垢剂效果最为显著，此方法受工艺流程限制较小，可对各类复杂的管段进行清洗。该方法在实际应用中存在一定的局限性：药剂费用较高，会对措施管线、设施以及油层造成一定的污染。所以，有针对性地开展室内化学药剂筛选是非常必要的。

3.2 物理防垢

（1）空化防垢。目前油田常用的物理防垢技术

主要是使用空化防垢装置。其原理是：液体进入空化装置时，由于过水断面变小使流速瞬间急剧增加，产生高压变负压过程。当流体局部压力低于饱和蒸汽压时，液体开始汽化，并在流体中产生许多微小的气泡，这一现象称为空化效应。在地面系统的注入端、采出端安装了空化防垢装置，形成了封闭循环防垢系统，如图1所示。2009年，某三元站应用空化防垢装置，运行一年没有出现大规模的结垢现象，从拆卸下来的管线看，管壁内无垢或仅有少部分浅黄色的垢质。但运行两年后，安装该装置的12口井开始出现回压升高，回油温度降低现象。空化装置拆卸后，对管线切割，发现有大量松软泥沙。由于泥沙堵塞空化装置，使其失去防垢作用。

图1 空化防垢装置原理

（2）高压射流。高压射流是指通过高压泵或增压器将普通压力的水转化为高压水，高压水通过高压喷嘴将高压低流速的水转化成低压高流速的射流，高压水射流作用在物体表面，破坏物体表面结垢状态，从而达到清污的效果。此方法是油田使用最为普遍的除垢技术之一。

（3）空穴射流除垢。空穴射流技术是运用流体力学中的“空穴效应”原理，通过清洗器，在压力水流作用下，引导水流在管线中形成连续移动的低压区，由此产生的微气泡迅速被压缩至崩裂，瞬时射出强力的微射流，从而清洗污垢。2012年，某转油站管道利用空穴射流处理后，单井回压平均下降0.15MPa，站间掺水压差由0.5 MPa下降到0.1 MPa，清洗后的效果较好，可以满足生产需求。该技术施工简便，除垢时间短且彻底，只要管线不被淤积物堵死，就可对管线进行除垢。缺点是只能对无支线的管线进行除垢，如单井管线、站间干线；计量间及站内工艺管线由于流程复杂而无法实施空穴射流除垢。

4 结语

（1）化学防垢剂在油田应用的过程中效果最为显著。由于计量间和脱水站内工艺管线规格、走向复杂，常规清淤除垢技术无法实施，建议采用化学清洗的方法。

（2）物理防垢技术具有成本低廉、操作简便、对环境污染小等优点，缺点是效果不明显，作用周期长，作用距离短，不能有效根治结垢问题，适合作为辅助的除防垢方式。

（3）由于油田水质多样，仅靠单一的手段难以达到除防垢要求，多种技术共同使用，发挥各自的优势，协同作用是未来油田防垢的发展趋势。