油田多層系集輸系統(tǒng)結(jié)垢形成研究及預測

馬強

摘 要：目前，油田開采時的注水時間變長，導致油田的采出液含有大量的水，進而導致運輸技術(shù)系統(tǒng)中出現(xiàn)大量的結(jié)垢現(xiàn)象，集輸系統(tǒng)中這些結(jié)垢的產(chǎn)生會對油田中油氣的運輸造成一定的阻礙作用，不僅使運輸效率降低而且也存在著許多安全隱患，本文通過對結(jié)垢產(chǎn)生的原因以及結(jié)垢預測方法進行了研究，為預防結(jié)垢的產(chǎn)生做了可供指導性的作用。

關(guān)鍵詞：集輸系統(tǒng)；結(jié)垢；趨勢預測；位置預測

中圖分類號：TE866 文獻標識碼：A

隨著我國科技以及經(jīng)濟技術(shù)的快速發(fā)展，各類生產(chǎn)對能源尤其是原油的需求也越來越大，為此我國普遍采用多層系復合開發(fā)的方式開采原油，以此提高原油的開采率，但是這種多層系集輸系統(tǒng)在開采過程中會注入大量的水，這種大量的油田水會造成集輸系統(tǒng)一些設備內(nèi)部結(jié)垢，另外采油和運輸油的過程中壓力和溫度的變化也會導致大量無機鹽析出結(jié)垢，這些因素直接導致了油田不能高效采出，造成了大量的經(jīng)濟損失，為了保證油田的穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)，合理有效的預防、清楚結(jié)垢，能夠為油田開發(fā)中不容忽視的亟待解決的一個最重大問題。

一、 油田結(jié)垢形成的主要條件

（一）溫度對結(jié)垢的影響

鈦酸鎂、碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇這些物質(zhì)是油田結(jié)垢中最常見的物質(zhì)，溫度對這些物質(zhì)的溶解度的影響很大，因為它們具有和其他物質(zhì)不同的溶解特性，溶解度和溫度成反比，及溫度越高溶解度越低，此時會有更多的物質(zhì)以結(jié)晶的形式析出來；溫度越低溶解度越高，這些物質(zhì)就會以相對穩(wěn)定的狀態(tài)存在。因此在油田加熱的一些環(huán)節(jié)，比如熱水管線及加熱爐這些溫度比較高的地方，碳酸鎂及碳酸鈣這些碳酸鹽垢非常容易形成。

（二）壓力對結(jié)垢的影響

難溶物質(zhì)的溶解度常常用平衡常數(shù)溶度積用2§表示。 b與壓力P、溫度T的關(guān)系為dlnKsp=（AH/RT2）d丁一（AV/T）dP ，碳酸鈣和硫酸鈣的溶解和壓力成正比。及壓力越大溶解度越大壓力越小溶解度越小，但是有相關(guān)研究表示壓力這一因素在油氣集輸系統(tǒng)中變化不大，因此在公式計算過程中可以互略壓力的影響，由此上式可以簡化為dlnKsp/dT=fiJ-I/RT2 ，通過公式可以理論性的判斷出壓力沒有對油氣集輸系統(tǒng)中的結(jié)垢現(xiàn)象產(chǎn)生大的影響。

（三）pH值對結(jié)垢的影響

pH值主要會對碳酸鈣的溶解度產(chǎn)生一定的影響，碳酸鈣的溶解度與pH值的大小成反比，及溶液pH值越高碳酸鈣的溶解度越低，此時析出的碳酸鈣沉淀較多；溶液的pH值越小碳酸鈣的溶解度越高，處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。但是有一定的研究數(shù)據(jù)表示，硫酸鈣這些硫酸鹽受pH值的影響不大，因此在pH值較高時會有碳酸鈣沉淀析出，太低時會有Ca（OH）這些堿性鈣的析出，由此可以得出溶液的pH值應控制在一個相對合適的范圍之下，才能有效減少結(jié)垢的形成。

（四）油氣對結(jié)垢的影響

在一般情況下，油氣存在對集輸系統(tǒng)內(nèi)的結(jié)垢影響不大。但是如果系統(tǒng)中存有較多的C02，系統(tǒng)的結(jié)垢性就有可能增大。因此要降低油氣集輸系統(tǒng)中C02的存在。

（五）溶液組分變化對結(jié)垢的影響

溶液組分的變化對集輸系統(tǒng)結(jié)垢的影響較大，溶液由結(jié)垢成分和非結(jié)垢成分組成，在一定范圍內(nèi)，碳酸鈣、硫酸鋇、硫酸鈣這些物質(zhì)的溶解度會隨著溶液非結(jié)垢鹽濃度的增加而增大。溶液中非結(jié)垢鹽增加時析出的晶體減少，由此可見當溶液中非結(jié)垢鹽的濃度降低時在油氣集輸系統(tǒng)的某些部位會有結(jié)垢產(chǎn)生，另外也不是非結(jié)垢鹽的濃度高了好，當非結(jié)垢鹽的濃度過高時對加入的防垢劑有一定的限制作用，因此要準確掌握非結(jié)垢鹽的變化情況才能做到有效的控制進一步降低結(jié)垢的形成。

二、結(jié)垢對于運輸系統(tǒng)的影響：

（一）因為結(jié)垢是在運輸裝置內(nèi)部積聚起來的一層固態(tài)物質(zhì)，因此會從一定程度上降低水流的面積，結(jié)垢使水在流動程度上有了一定的阻礙并降低了水流原本的輸送能量。增加了消耗的能量降低了生產(chǎn)能力。

（二）結(jié)垢也會使傳輸設備和管道局部結(jié)成的垢下面發(fā)生腐蝕，同時由于結(jié)的垢是在管道等這些金屬表面，使得操作人員添加的緩蝕劑不能充分與金屬表面接觸，緩蝕劑的功效發(fā)揮受到了很大阻礙，減低了緩蝕的效果。

（三）化學結(jié)垢經(jīng)常會造成沉積物堵塞井眼、閥門等這些相對來說直徑短的設施，導致產(chǎn)油的井下泵發(fā)生阻塞，使地面的一些設備受到運轉(zhuǎn)上的限制。

（四）當結(jié)垢較多并沒有及時清理時，井內(nèi)的壓力會大大增加，可能會出現(xiàn)管道爆炸的現(xiàn)象，造成的潛在隱患很大。

三、判斷有無結(jié)垢存在的方法

以下預測公式中各字母代表的意義為SI為碳酸鈣的結(jié)垢指數(shù)；pH為集輸系統(tǒng)中實際的pH值；pHs CaCO3達到飽和時的pH值；K為與離子強度、溫度等有關(guān)的修正系數(shù)。在（一）中pAlk代表總堿濃度的負對數(shù)，K=pK2-pKsp，其中K2為碳酸氫跟的電離常數(shù)；Ksp為碳酸鹽的溶度積。pCa代表鈣離子濃度的負對數(shù)。

（一）Davis-Stiff飽和指數(shù)法：這個飽和指數(shù)法是依據(jù)油氣集輸系統(tǒng)中的熱力的影響，是朗格利爾根據(jù)碳酸鈣的溶解平衡提出的一個熱飽和指數(shù)法，他的有關(guān)預測公式為 SI=pH-pHs=pH-（K+pCa+pAlk）

其碳酸鈣是否結(jié)垢的判斷標準為：若SI<0，不結(jié)垢；SI=0處于平衡狀態(tài)；SI>0有結(jié)垢現(xiàn)象。

（二）Ryznar穩(wěn)定指數(shù)法：羅茲那根據(jù)飽和指數(shù)的含義，提出了穩(wěn)定指數(shù)概念，預測方程式如下：SAI=2pHs-pH=2（K+pCa+pAlK）-pH

結(jié)垢得判斷標準為：SAI>6，沒有結(jié)垢的現(xiàn)象；SAI<6，有結(jié)垢的現(xiàn)象；SAI<5，結(jié)垢現(xiàn)象比較嚴重。

四、結(jié)垢預測發(fā)展及展望

根據(jù)上文的敘述也可以知道，當代人們利用先進的科學儀器和先進設備，逐漸發(fā)現(xiàn)了結(jié)垢的一些數(shù)學模型，運用這些數(shù)學模型可以對結(jié)垢周期與結(jié)垢部位進行預測，操作人員就可以采取合理的措施處理結(jié)垢并預防結(jié)垢的形成，降低一定的經(jīng)濟損失。另外根據(jù)每個油氣田的基本情況不同也應該提出合適的預測方法，才能有效的減少結(jié)垢現(xiàn)象的產(chǎn)生，為我國的油氣工程創(chuàng)造良好的收益。

參考文獻

[1]付亞榮，等.神經(jīng)網(wǎng)絡用于油田地面集輸管道結(jié)垢預測[J].西南石油學院學報，1999（02）：68-69.

[2]羅明良，等.地層無機結(jié)垢預測技術(shù)研究與應用[J].石油鉆采工藝，2001，2（23）：47-48.