地面集输系统集中结垢装置研制及应用

岳潘东 李岩 杨虎（中国石油长庆油田分公司，陕西 西安 710018）

地面集输系统集中结垢装置研制及应用

岳潘东 李岩 杨虎（中国石油长庆油田分公司，陕西 西安 710018）

本文主要通过系统调查白于山作业区集输注水系统管线结垢情况，对系统各节点的水样、垢样进行化学分析，研究其成垢机理，在此基础上进行诱导结垢材料筛选及工艺研究，并进行集中诱导结垢装置的研制。有效解决部分井组水型不配伍、近井地层及混输系统结垢问题，降低因结垢而因此的生产损失。

地面集输诱导结垢；水质；油田化学

1 水质及垢样成分分析

1.1 水质分析

研究白于山作业区采出水结垢的根本原因，采集了白二增混合样（长4+5）、白一计混合样（长4+5）和XP20（延9），从以上分析结果看，XP20采出水属于NaHCO3水型，白二增、白一计混合样采出水属于CaCl2型，水型不配伍，加之三组样成垢离子的含量较高。

1.2 水体化学特征分析

从水样分析结果来看，钙含量很高，钡、锶离子亦少量存在，加上采出水中还含有大量SO42-、HCO3-等成垢阴离子，这就为地面集输系统结垢提供了全部阴阳离子来源。热力学不稳定的Ca（HCO3）2含量又高，在温度、压力或流速变化情况的地面集输注水系统中结垢。

1.3 垢样分析

垢物分析的目的是了解白于山作业区的结垢类型，为集中诱导结垢装置的研制提供数据支撑。

（1）化学分析

对白一计、XP20管汇采垢，从垢样分析结果表明，垢样中的主要成分为碳酸盐，含有少量硫酸盐垢、硅酸盐和铁氧化合物。

垢样分析实验结果

垢样XP20井管白一计碳酸盐（钙、镁、钡、锶）81.80% 15.66%硫化物1.20 % 3.30%硫酸盐0.33% 13.60%氯化钠0.24% 0.16%硅酸盐9.84% 19.09 % Fe2O30.72% 44.57%结晶水6.20% 3.62%

（2）X-射线衍射分析

对常规垢物化学分析筛选出来的垢样采用X-衍射方法进行分析。由表可知，水系统所结垢物主要是碳酸盐垢，少量含有硫酸钡、硫酸锶和硫酸钙。

X-射线衍射分析结果

垢样垢样①号碳酸钙镁80.0%氧化铁8.5%硫酸钡1.0%采样点XP20井管垢

2 集中诱导结垢装置研制

2.1 集中诱导结垢装置应用参数设计

（1）温度，加温需要耗费大量的电能，增加了设备使用成本，维护困难，因此，集中诱导结垢装置不采用加热升温的方式。

（2）压力，集中诱导结垢装置使用时串联与集输系统中，使用压力与集输系统的内部压力相同。

（3）流速。根据资料，液体流速对垢的形成主要有两方面的作用，一是促进晶核在材料表面的吸附，二是对正在长大的晶体的冲刷作用，考虑流速与吸附，液体流速为1m/s时两个作用达到平衡，晶体长大速度最大。据此，确定集中诱导结垢装置设计流速为1m/s。

2.2 集中诱导结垢装置结构形式设计

（1）外形结构

集中诱导结垢装置应用环境为油田采出液输送系统，系统压力0.6pa，外形选择圆筒形。

（2）内部填料形状

压力变化对结垢过程有促进作用；现场调研的情况也表明，在管道转向及其它可以产生湍流、涡流的部位往往结垢严重，原因是在这些部位由于湍流和涡流的存在局部压力产生了变化。集中诱导结垢装置内部填料采用波浪板的形式，通过FLUENT仿真模拟技术对波浪板在流体通过时的压力场的模拟分析，发现通过将填料板做成波浪状，流体通过时会产生人工涡流，流场压力会产生起伏变化，这就为诱导结垢提供了除材料外的另一个有利条件。

2.3 诱导材料的选择

可诱导成垢因子附着并结垢的材料因素主要有材料的表面能和材料的粗糙度。经综合考虑，决定采用聚乙烯和不锈钢两种材料作为诱导结垢材料。主要原因是聚乙烯材料表面能较高，且其板材具有一定的强度和硬度，不易被采出液腐蚀，使用寿命长，可反复使用，既可产生诱导结垢的效果，又方便人工除垢；不锈钢表面能比聚乙烯材料小，但强度高，与聚乙烯材料混合排列可防止聚乙烯材料由于变形而失效，而且通过对不锈钢材料表面的粗糙化处理，也可达到诱导结垢的目的。

3 现场应用效果

集中诱导结垢装置2012年7月安装位置白一计，投运2年，诱导结垢效果良好，使用后管线没有发生明显结垢现象，集输注水系统运行平稳。

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