油田注水結(jié)垢及其防治方法分析與研究

摘 要：在油田注水開發(fā)的過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢問題，不但影響了油田企業(yè)的正常生產(chǎn)，而且會(huì)給其帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失。因此，為了提高油田的生產(chǎn)效率，充分利用水資源，油田企業(yè)必須采取相應(yīng)的防垢措施，為油田的正常生產(chǎn)奠定一定的基礎(chǔ)。本文主要對(duì)油田注水結(jié)垢及其防治方法進(jìn)行了分析與研究，首先對(duì)注水結(jié)垢的類型及原因進(jìn)行了簡要敘述，然后對(duì)結(jié)垢過程及影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)的分析與研究，最后提出了幾點(diǎn)防垢措施，希望本文的分析與探索可以給油田化學(xué)方面的從業(yè)者提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：離子;注水;溶解度;結(jié)垢;防垢;地層水

0 引言

隨著油田的持續(xù)開發(fā)，很多油田都進(jìn)入了勘探開發(fā)的中后期階段，為了保持地下地層的壓力，進(jìn)而提高油田的采收率，幾乎所有的油田都會(huì)選用經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、方便有效的注水開發(fā)方式進(jìn)行油田的開采。但是，注水開發(fā)過程中，采出的污水中含有非常多的易成垢離子，從而使得油水井出現(xiàn)結(jié)垢問題。這種問題會(huì)對(duì)油田的正常生產(chǎn)產(chǎn)生諸多危害，如降低油層滲透性、損害和腐蝕相關(guān)儀器設(shè)備、阻塞集輸系統(tǒng)等，不但會(huì)減少儀器設(shè)備的使用壽命，而且最終會(huì)導(dǎo)致油井出現(xiàn)過早報(bào)廢的現(xiàn)象[1-3]。因此，如何防垢和除垢是油田企業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

1 注水結(jié)垢的類型及原因

水溶液中的某些難容或微溶鹽類的離子在物體表面會(huì)逐漸沉積成致密、堅(jiān)硬的水垢。一般而言，水垢的種類非常多，而油田注水垢的種類比較少，主要有4種：①碳酸鹽垢;②硫酸鹽垢;③鐵化物垢;④氯化鈉垢等。通常而言，水垢的種類并不單一，一般都是以某種垢為主，其他垢為輔的混合垢。通過大量的取樣分析可知，油田中的注水垢基本都是由鋇鍶垢和鈣垢組成的復(fù)合垢，前者最難于去除;后者比較致密，可溶于鹽酸，但是酸洗的方式在一定程度上容易腐蝕地層和儀器設(shè)備。

注水結(jié)垢的原因主要有以下2種[1-3]：①在注水過程中，注入水與地層水具有比較大的差異。注入水通常可以分為2種：a.清水;b.污水，前者是指地表水或者地下水，后者是指在開采原油的過程中采出的油層水[2，3]。在注水開采過程中，油田需要使用非常多的水資源，但是很多油田地處水資源匱乏的山地、沙漠、戈壁等地區(qū)，另外，2015年環(huán)境保護(hù)法的實(shí)施之后，國家對(duì)環(huán)境保護(hù)的處罰力度日益加大。因此，絕大多數(shù)的油田企業(yè)都是采用污水回注以及清污混注的方式進(jìn)行開采，以此來提高水資源的利用率。當(dāng)回注的水進(jìn)入地下地層之后，這些水會(huì)與地層水相互接觸，注入水中的成垢離子就會(huì)隨之?dāng)U散到地層水之中，加之成垢離子之間的相互作用，就容易結(jié)垢;②在地層水中，原本就存在一些成垢陰陽離子。在油田開采的進(jìn)程中，地層中的各種因素在不斷改變，如壓力、溫度以及酸堿度等，在一定程度上打破了地層原有的化學(xué)平衡，改變了地層水中成垢組分的溶解度，這些成垢組分就會(huì)結(jié)晶，從而沉積成垢。

2 結(jié)垢過程及影響因素

通常情況下，油田注水結(jié)垢主要分為以下4個(gè)步驟（以Ca2+為例）：①垢的析出，水離子相互結(jié)合，然后形成溶解度比較小的鹽類分子;②垢的生長，經(jīng)過分子結(jié)合和排列等過程，鹽類分子逐漸形成微晶體，之后就依附在底垢上進(jìn)入晶體?；倪^程;③垢的沉積，大量晶體持續(xù)堆積，進(jìn)而不斷長大，并沉積成肉眼可見的垢;④由于所處的環(huán)境和條件不同，最終形成不同產(chǎn)狀的垢。

很多因素都會(huì)影響油田注水結(jié)垢，其中最關(guān)鍵的因素就是成垢離子的溶解度，而溶解度還與溫度、壓力、pH值等有關(guān)：①溫度的影響，在不同溫度條件下，不同的成垢離子的溶解度不同;②壓力的影響，成垢離子會(huì)隨著壓力的增加而增大，一旦地層的壓力大幅減小，就會(huì)結(jié)垢;③pH值的影響，在不同pH值條件下，不同的成垢離子的溶解度不同，例如pH值越高，CaCO3的溶解度小，而pH值對(duì)CaSO4的溶解度影響較小;除了上述溶解度之外，注水結(jié)垢還受其他因素的影響，如液體流速、流態(tài)以及分布等。在注水開發(fā)過程中，各種條件復(fù)雜多變，結(jié)垢的影響因素眾多，且聯(lián)合作用，互相影響[1-3]。

3 防垢方法

在油田開發(fā)的過程中，結(jié)垢會(huì)導(dǎo)致地層的堵塞，不但會(huì)影響油田生產(chǎn)系統(tǒng)的熱傳遞，而且會(huì)嚴(yán)重影響油田的產(chǎn)量。為了確保油田開發(fā)可以穩(wěn)定進(jìn)行，提高油田的采收率，油田企業(yè)必須采取有效的防垢措施，盡可能地減少因結(jié)垢而造成的經(jīng)濟(jì)損失[2，3]。一般情況下，防垢主要從2方面考慮：①消除結(jié)垢原因;②阻止結(jié)垢過程。前者的主要方式為降低水的堿度、pH值以及礦化度等，后者的主要方式為使各種類型的水之間匹配性更好，但是后者所需的資金投資大、工藝比較復(fù)雜、與實(shí)際情況相悖。目前，常用的防垢措施主要有以下3種：

3.1 機(jī)械除垢

機(jī)械除垢法是利用旋轉(zhuǎn)削切儀器來去除已經(jīng)結(jié)的垢物。但是這種方法只針對(duì)局部除垢，并且這種方法容易對(duì)結(jié)垢部位造成刮傷，從而導(dǎo)致更嚴(yán)重的腐蝕結(jié)垢問題。

3.2 化學(xué)防垢

化學(xué)防垢法是在油田開發(fā)過程中，通過加入化學(xué)藥劑，然后這些藥劑與水體中的離子發(fā)生反應(yīng)以達(dá)到防垢的目的[3，4]。這些化學(xué)藥劑主要是與一些溶解度比較小的鹽類發(fā)生反應(yīng)，然后可以使成垢離子在水中穩(wěn)定下來，保持其在水中擴(kuò)散的狀態(tài)，而不會(huì)繼續(xù)在金屬表面進(jìn)行成垢。目前，在各種防垢方法中，化學(xué)防垢法的技術(shù)比較先進(jìn)和有效，作用范圍比較廣，阻垢的效果好，成本較低，而且施工非常簡單。因此，油田生產(chǎn)中大多使用阻垢劑來減輕或抑制油田結(jié)垢的發(fā)展，主要有4種方法：①酸處理法;②注CO2法;③螯合劑;④阻垢劑。由于阻垢劑法的成本較低，而且效果持續(xù)長，通常都是加阻垢劑進(jìn)行防垢，該方法是直接將防垢劑隨著注入水?dāng)D入地層之中，使其與成垢離子之間發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，然后使這些離子穩(wěn)定下來。

3.3 物理防垢

物理防垢是指利用一些物理方法來減少或抑制垢晶體的擴(kuò)大，使其在水中擴(kuò)散，而不是在金屬表面進(jìn)行不斷沉積。目前，物理防垢法主要有5種：①超聲波法;②磁化法;③電處理法;④輻射處理法;⑤催化處理法等。這種防垢法的主要優(yōu)勢(shì)是不會(huì)污染環(huán)境，但是能夠作用到的范圍非常有限。

近些年以來，很多油田開始使用物理防垢器，目前主要

有3種技術(shù)：①WaterHacker技術(shù);②Enmax技術(shù);③量

子環(huán)通管技術(shù)。其中，最常用的是WaterHacker技術(shù)，這種技術(shù)可以持續(xù)產(chǎn)生高頻變頻方波，可以有效防止水垢形成，而且可以去除之前形成的水垢，不需要依賴的水流速度，并且還具有防腐、殺菌等功能。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是易于安裝，不用更換配管，不會(huì)產(chǎn)生堵塞管道的現(xiàn)象，基本不會(huì)影響流程。

4 結(jié)語

油田注水結(jié)垢會(huì)嚴(yán)重降低油田的采收率，相關(guān)從業(yè)者必須加大對(duì)油田注水結(jié)垢防治方面的研究力度，不斷創(chuàng)新，深入研究更加高效、經(jīng)濟(jì)的新方法，盡可能地降低注水結(jié)垢對(duì)油田企業(yè)所造成的損失，為油田的順利開采提供良好的保障，從而推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展。

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作者簡介：

張西子（1988- ），女，漢族，遼寧遼陽人，碩士，工程師，主要從事油田化學(xué)方面的工作。