油田高含水期集输系统结垢机理及防治效果分析

油田高含水期集输系统结垢机理及防治
效果分析
摘要：五里湾油田进入注水开发后期，随着含水的不断上升，集输系统结垢愈发严重，频繁出现集输管线、地面设备结垢，大大降低了集输系统加热输油效率，增加了输油能耗，给日常生产造成极大风险。

因此，如何经济有效地解决结垢问题，缓解结垢矛盾，以及如何除去集输系统中的垢层，已成为油田高含水期集输系统迫切需要解决的重要问题。

本文通过综合分析五里湾油田结垢站点的结垢类型及水型变化情况，深入探讨高含水期结垢主要机理，查找集输系统的结垢根源，提出切实可行的高含水期结垢防治措施。

关键词：高含水期，集输系统，结垢，消防垢
前言
随着油田开发进入高含水期，因见注入水或油井套破影响，部分油井水型发生了变化，原集输系统内相继出现不同水型油井，导致集输系统结垢现象逐年增多，站点结垢周期逐年缩短。

集输系统结垢的产生，主要会造成以下问题：①集输管线管径变小，降低流截面积，增大含水原油阻力，造成压力损失增大、排量减小，经常性出现收球不畅，甚至造成管线堵塞现象；②加热炉盘管结垢严重，导致集输系统加温困难，热效率降低，甚者影响原油的集输处理；③集输系统结垢易引发垢下腐蚀，加快设备设施和管线的腐蚀速度，造成管线多次破损，压力容器壁厚变薄的情况，造成极大的安全环保隐患。

因此，阻止和治理油田高含水期集输系统结垢问题，保障油田正常生产，特开展油田集输系统结垢机理分析，并提出防治对策。

第一部分高含水期集输系统结垢现状
1.1五里湾油田集输系统结垢现状
五里湾油田1998年注水开发，目前油井开井498口，平均单井日产油0.98t，综合含水79.7%，开发区块包含长6、长2及延9区块。

区域管辖各类集输站点
23座（接转站3座、脱水站4座、转油点4座、增压点11座、卸油台1座），
其中结垢站点8座，结垢严重站点5座（南三转、南十转、5#转油点、柳80-52增、柳93-40脱），结垢为长6区块高含水同层原油结垢。

以5#转油点结垢最为
严重，频繁实施机械清垢，实施清垢之后，结垢周期仅1个月结垢5—8mm。

1.2五里湾油田集输系统水质特点
水垢的产生主要来自水体中含有的各种离子的含
量及饱和度，为此对集输系统水质及垢样进行分析，
找出水体结垢的真正原因。

通过水质综合分析，五里湾油田采出端水型均为
水型，呈中性，含有大量等结垢阳离子和阴离子，是热力极不稳定
体系，稍经加热，便会形成碳酸垢。

同时，还含有部分，易形成硫酸垢。

1.3集输系统垢样成分分析
通过对结垢严重的5个站点垢样采用水垢定性分析、X-射线衍射法和电子显
微镜法进行垢样分析，其中南十转、5#转等以硫酸盐垢为主，其中钡锶垢占比63%，铁氧化物或氢氧化物占比37%。

南三转以碳酸钡（51.07%）和三氧化钼（24.77%）为主，含少量碳酸钙，碳酸锶等。

因此，解决集输系统结垢的问题，重点解决硫酸垢的产生问题，兼顾碳酸垢
及铁氧化物等的产生问题。

第二部分结垢机理
导致高含水期油田集输管线结垢的原因，主要将其归纳为以下两个方面：
（1）油田采出液中含有较高浓度的易结垢离子，随温度和压力的变化，原
来的物质平衡的状态打破，因此就会导致结垢现象的出现；
（2）两种或是多种不相容的油田水混合到一起时，不相容水中的不相容的
离子就很可能会发生化学反应，从而生成垢。

由垢样成分综合分析结果来看，五里湾油田集输系统结垢成分主要为硫酸钡锶垢、碳酸垢，还含有少量的铁的氧化物。

故分析集输系统结垢物的产生主要由于以下几个方面：
（1）油田开发后期，油井间注入水或发生油井套破，导致部分油井水型发
生变化，与原水型不配伍，造成垢离子增加，尤其是钡锶阳离子增加，在集输系
统发生化学反应，形成垢层。

通过对结垢站点上游单井取样进行综合分析，发现
6口油井水型发生改变，为水型，与原有水型不配伍，造成结垢。

这是高含水期同层结垢的主要原因。

（2）采出液成分中含有大量离子，该离子为热力学极不稳定体系，受
热易分解为，进而与等离子发生化学反应形成垢层。

（3）采出液中含有的大量硫化物或氧化物，进而与管线或设备发生电化学
腐蚀，生成大量的铁离子，形成铁的氢氧化物，进一步加剧管线腐蚀。

第三部分消防垢措施分析
综合考虑目前高含水期集输系统的结垢情况和生产现状，我们应当采取预防
为主，方式来进一步解决结垢矛盾。

一般来说，垢层的形成可以分为成垢晶核析出、垢晶长大和垢晶沉积三个阶段。

所以在日常生产过程中，控制垢晶核析出，
防止垢晶长大即可达到防垢目的。

3.1查找结垢根源治理
重点通过对集输系统结垢问题追根溯源，水质具体分析查找具体井号，通过
套损检测、隔采、小套管固井等手段进一步确定油井套损情况。

强化油水井动态
监控优先对“三高一低（高液量、高液面、高含水、低含盐）”井进行排查治理，恢复产能；针对疑似套破井，结合检泵，针对性实施套管试压、工程测井等手段，提前确认套损情况；通过日常的封隔器隔采，隔离套损端，减少成垢离子，并利
用化学堵漏、套管补贴、小套管固井等手段，对结垢根源井进行综合治理，从根
本上减少集输系统影响。

通过开展油井隔采22口（含13口疑似套损井治理），
结垢周期得到明显改善。

3.2 防垢工艺
3.2.1化学防垢
投加化学阻垢剂防垢是目前国内外各大油田普遍采用的方法。

化学阻垢剂主要通过络合增溶作用、晶格畸变作用、凝聚与分散作用为主。

结合五里湾油田的水质特点及结垢产物特点，多次对阻垢剂型号进行针对性调整，SIB→YS201→LSB→CQ-Z01等，阻垢剂投加浓度
80-100ppm，阻垢效果相对较好。

3.2.2物理防垢
物理防垢方法主要是应用成垢离子或垢晶核在声波、电磁等物理因素作用下，阻止结构物沉积管壁，从而达到抑制垢产生的目的。

目前国内应用较为广泛的物
理防垢方法主要包括超声波防垢、电磁防垢及涂层防垢等。

量子环防垢方法（油管处理器），主要利用各类特种信息记忆材料所制作而
成的，通过应用特定设备，测定并存储采出液垢型的分子振动波形。

通过将量子
管通环安装在管道上，即可持续不断地释放出超轻微振动波，有效避免结垢。

该
技术2017年引用至今，相继在南4#转等11个井站使用，使用后结垢周期得到明
显缓解。

电磁防垢主要应用电磁场作用于流体时，可改变形成垢的分子排列结构这一
特性，从阴阳离子和水分子层面抑制垢的聚集和沉积，以达到防垢和除垢的目的。

目前油田的电磁防垢方法主要采用变频电场阻垢技术，在脉冲电流或其他交变电
流作用下，通过其快速的电流变化引发快速的磁通变化，从而产生感应分子扰动，但防垢效果相对较差。

3.3 除垢工艺
3.3.1集中诱导结垢
集中诱导结垢装置主要为不配伍水体在装置混合后产生沉淀，在设计的结垢
场中利用浅池沉淀理论、诱导结晶理论集中沉淀，然后通过集中过滤除去的办法
除去水体中的成垢因子，保证整个集输系统的正常运行。

目前主要在南5#转实验
安装，通过定期的清理，及时更换内部波纹板等手段，促使提前结垢，从根本上
保障下游场站系统的集输安全。

通过安装后，南三转结垢速率明显缓解，由之前
5mm/月下降1mm/月。

3.3.2机械除垢
常见的机械除垢方法大致可分为高压水喷射除垢法、水力空穴射流清垢等。

高压水喷射除垢法主要是以清水为介质，通过高压泵系统使介质形成高压
（15-150MPa），高压水再通过高压汇管系统到达喷射机构的专用喷头，将压力
能转化为高度密集的水射流动能，作用在被清洗管线表面发生冲击、碰撞、摩擦、剪切等作用，从而达到清洗除垢的目的。

水力空穴射流清垢技术在应用过程中，在需要清垢的管线一端投入一种特制
的多层伞状叶片交错叠加的球形清管器，连接动力水源，在高压泵水力推动下，
除产生爆破性射流冲击外，还会产生超声波，引发空穴效应，从而将附着在管壁
上的垢层清除，应用广泛。

3.3.3化学酸洗除垢
酸洗除垢的作用原理是通过酸液与碳酸盐的快速反应，将附着在管道内壁的
不溶于水的垢层转化为可溶于水的成分排出，同时，生成的大量气体，也会通过
快速涌动，促使其他不反应的不溶杂质崩解，随液流快速排出，从而达到除垢目的。

但酸洗时，易产生硫化氢等有毒有害气体，且对管道金属具有腐蚀作用，易
造成污染，在油田应用逐步减少。

第五部分结论
1、五里湾油田高含水期产生的结垢产物主要为硫酸垢和碳酸垢，因此解决钡锶垢和碳酸垢的产生问题解决是集输系统结垢问题的关键。

2、针对防垢，优先查找结垢根源根本治理，后端重点以阻垢剂化学防垢及量子防垢环等物理防垢双结合模式，提升防垢效果。

3、针对除垢，优先采取集中诱导结垢提前除垢保护下游集输系统模式，并根据结垢周期定期采取机械清垢方式，确保集输系统的正常运行。

参考文献
[1] 张运飞.高含水油田集输管线结垢原因分析及治理措施研究，科学与技术，2021，6
[2] 赵国刚.浅析油田地面集输管线结垢现状及防治方法. 石油研究，2019,10
[3] 庞卫刚，李明君.油气田集输管道结垢机理及除垢措施.科学与技术，2021，1
[4] 张道平，李俊成等.多元复合物理清垢及HCC型内防腐技术试验及应用.第八届宁夏青年科学家论坛论文集，2019.10。