油田结垢的危害与原因分析及治理对策

油田结垢的危害与原因分析及治理对策

摘要：本文分析油田生产过程中，原油物质在地下储层、井筒、生产管柱、设备、管线等各生产环节由于受到液体成分、温度、压力、PH值等各种原因造成结垢对生产的不利影响，结合国内外油田目前现有的预防和除垢技术提出了预防和除垢治理对策。

关键词：结垢危害治理对策

一、油田结垢的危害

油田生产过程中，在地下储层、采油井井筒、套管、生产油管、井下完井设备以及地面油气集输设备管线内由于各种原因而形成的一层沉积物质，它们会造成堵塞并妨碍流体流动。主要有碳酸盐垢、硫酸盐垢、铁垢和有机垢。油田结垢以无机垢最为普遍，分布广泛，危害较大。油田常见的垢沉积物主要是碳酸钙、硫酸钙和硫酸钡等。结垢现象普遍存在于油田生产过程的各个环节，从注入设备到油藏再到地面设备的整个水流路径上都能产生结垢。a.垢对管线的危害:主要表现为管线腐蚀穿孔、堵塞、压力上升。b.垢对储层的损害:原油蕴藏在油层砂岩空隙之中，油层结垢使岩心大孔隙数量减少,油层润湿性和渗透率下降，致使注水时泵压升高，注入能力不断下降，甚至向地层中无法注水，吸水剖面的吸水厚度降低造成地层伤害。尽管油层内结垢程度较弱,但是对低渗透储层的伤害却不容忽视。结垢一旦堵塞地层，通常是很难再清除掉的，因此地层垢造成的地层伤害常是永久性的。c.垢对设备的危害:油井产出液离开井口以后，在经过不同的管线和设备中时，会经历不同的压力、温度、流速、停留时间、分离以及几种水又可能重新混合，因此可能会有各种垢盐生成。地面各种设备中的这类结垢统称为设备垢，它会给采油生产带来诸多问题：输液管线积垢，管道内径缩小造成阻流；金属设备中的积垢常是“点状”的，这能引起严重的点腐蚀，造成设备穿孔；在加热炉装置中，炉内的输液管可因垢堵使加热炉热效率降低，或温度无法升高。

二、影响结垢的因素

1、成垢离子的浓度

水中成垢离子含量越高，形成垢的可能性就越大。对某一特定的垢，当成垢离子的浓度超过了它在一定温度和pH值下的可溶性界限时，垢就沉积下来。当不同水源的两种水混合或所处的系统的条件改变时，成垢离子浓度发生变化，趋于达到一种新的平衡，就产生结垢。

2、水的成分

当油田水中含有高浓度的碳酸盐、硫酸盐、氯化钙和氯化钡盐时就

有了形成碳酸钙、硫酸钙和硫酸钡水垢的基本化学条件，只要环境条件发生变化，打破了原有油层水中溶解物质的平衡状态，就有可能形成水垢。

3、温度对结垢的影响。

当温度升高时，Ca(HCO3)2分解产生CaCO3结垢：该反应为吸热反应，温

度升高，平衡向右移动，有利于CaCO3的析出。对于以CaSO4、BaSO4和SrSO4为

主的盐类垢，主要是离子间的结合而产生难溶解沉淀。由于这些反应大部分也是

吸热反应，随着温度的升高，沉淀析出将会越多。

4、压力对结垢的影响。

压力对CaSO4、BaSO4和CaCO3均有影响， CaCO3结垢有气体参加反应，压力

对其影响较大，压力降低有利于CaCO3形成，管道输送过程中压力一般都是降低的，因此有利于垢的形成。

5、pH值影响

降低pH值使溶解度增大，减弱了成垢趋势，这种作用对CaCO3垢的

影响非常明显，对硫酸钙次之，对硫酸钡(锶)甚微。

6、润湿与粘附

在油田生产过程中使用不同材质，其内表面有不同的润湿物性。如

用塑料内衬，表面润湿角大于90℃，而裸钢表面润湿角小于90℃，这对于晶核

的形成和在材质表面的粘附作用是十分重要的。润湿角越小，成核所需能量越小，晶核形成越容易，则结垢趋势就越大。事实上，内衬光滑油管壁上结垢程度减弱。

三、防垢和除垢技术

解决结垢问题包括两层含义：一是预防结垢；二是结垢后进行除垢。当然最

好的方法是预防结垢。

1、防垢技术：(1）选用耐腐蚀材料。选用Cr、Mo含量高，而S、P杂质含

量低的耐腐蚀合金管材或玻璃钢管材，可以提高管道的抗腐蚀能力，减缓因腐蚀

引起的结垢，因Cr含量加，会提高钝化膜的稳定性，Mo含量增加，可减少Cl-

的破坏作用。(2）添加化学药剂，用化学方法除掉腐蚀介质或者改变环境性质达

到防垢的目的。根据管道腐蚀环境和生产情况有针对性选用缓蚀剂种类、用量和

加注制度。这类化学药剂包括缓蚀剂、杀菌剂、除硫剂、除氧剂、PH值调节剂等。（3）管道清洗时，应尽量缩短酸液与管道的接触时间，酸化后管内残酸尽量排净，防止残酸对管道腐蚀引起的结垢。（4）建立完善的结垢检测系统，便于发

现生产中出现的结垢问题，及时采取科学的除垢措施。例如计量站安装管道除垢

系统。

2、油田除垢方法包括化学除垢方法、物理除垢方法以及机械除垢方法。

1）化学法除垢技术:目前化学法除垢主要是化学溶垢技术，包括酸洗、鳌合

剂溶剂清洗大环聚醚化合物溶液清洗等。化学清洗施工方便，费用合理，且停工

时间短。

2)物理法除垢技术:（l)高强声激波处理法：基本原理是利用声激仪产生的

高强声激波震掉和击碎较松散的垢物，然后由液流带出地面或流出管道，当垢物

致密而坚硬时，这种方法十分局限。(2)永磁除垢法:基本原理是在油气集输管道

的易结垢地段安装永磁除垢器，当永磁除垢器产生磁力线作用于己产生或正在产

生的沉淀垢时，产生一定的电动势;由于无机盐沉淀在水中本来就有一定的电离

度，当受电场作用后，油田水被磁化，会增大无机盐沉淀的电离度，破坏垢的生

成和促使垢物溶解，或使老垢变松而脱落，从而被流体携带走。

3)机械法除垢技术:常用的机械除垢方法大致分为:高压水喷射除垢和其他机

械除垢。高压水喷射除垢是利用柱塞泵产生的高压水经过特殊喷嘴喷向垢层，除

垢彻底，效率高，但是装机容量大，耗水多，存在水处理等问题。其他机械除垢：采用强力清管器、有磁力清管器、钉轮清管器和刷轮清管器等。由于清管器为直

线运动，要清理干净管内垢层一般需5一6遍，有时多达10遍，清管效率低，

质量差。