油田管线结垢程度的判断及防垢设想

油田管线结垢程度的判断及防垢设想

摘要：分析了管线的主要结垢点，并探讨管线防垢方向。根据终点的压力降低是管线结垢最直接的变化这一特性，可以在管线结垢初期采取措施。分析表明，只有找到管线的主要结垢点和在结垢初期进行治理，才能降低能耗的损失。

关键词：结垢危害防垢设想

Abstract: the author analyzes the main points of the pipeline scaling, and discusses the pipeline and scale direction. According to the end of the lower pressure is the most direct pipeline and scaling change this one character, can be in line to take measures in the early scaling. Analysis showed that only find the main pipeline scaling point and scaling in early treatment, can reduce the energy consumption of the loss.

Keywords: scaling harm and scale ideas

自把水作为热交换介质之日起，受热表面和传热表面的结垢就成为热交换工艺中主要困扰问题之一。结垢会造成管线的腐蚀，缩短了管线的使用寿命，影响生产井的正常运转，会降低整个系统的流量和效率。查阅相关资料，水温在50℃时开始结垢，60℃时结垢速度加快，同时水温度上升速度加快，到95℃时结垢转趋于平缓，在流速越缓的地方结垢程度越大。椐科学测算，每结1mm的水垢，就白白浪费8%的热量。而目前广泛采用的方式，还是按照垢结到一定程度以后才进行清洗和维护。在这个结垢过程中，不知有多少能源不知不觉被浪费掉，而且结垢也会造成管线的腐蚀，缩短了管线的使用寿命，因此只有找到管线的主要结垢点和在结垢初期进行治理，才能降低能耗的损失。

1查找管线的主要结垢点

（1）当液体流经弯头、闸门等局部装置时，因为液体的边界条件发生了突然变化，流速的大小和方向被迫改变，因此在液流中产生漩涡等现象，由于液体都存在一定的粘滞性，在这种性质的作用下，液体质点间发生剧烈的磨擦、碰撞和动量交换，因而对液流形成阻力，在低流速、向心力及管线内壁的粗糙度三者作用下，液体中杂质和CaCo3成分被大量甩出，聚集在流速最低的地方并形成水垢，因此弯头及闸门等局部装置是主要结垢点之一。

（2）对于站间掺水管线而言，出口处由于温度偏高，根据CaCo3成分温度越高析出越多的特点，于是出口处结垢相对严重，且液体携带的结垢源为一定量，在出口处析出后，在温降较小的情况下，其他部位的结垢程度要远小于出口处。

为查找主要结垢段，2007年利用某计量间掺水压力偏低的时机进行确认，该计量间在中转站掺水压力1.8MPa的情况下，到达计量间压力只有0.9Mpa，分别在中转站外输口、50m、100m、200m和中间位置400m分别割口观察结垢情况，管线投产于1998年。见表1。由表1可知，结垢最严重的部位为距离出口处200m以内。

表1 某计量间管线结垢确认表

2管线防垢方向探讨

2.1适当改变管线连接弯头的直径

通过查阅“弯头局部阻力系数ζ”数据表可知，弯头直径增加与缩短，局部阻力系数ζ的增加值为0.02左右。

根据连续性方程：

①；

局部水头损失公式：②；

伯诺利方程+ = + ③可知：

直径增加后，流速、局部水头损失、压强数值在原有的基础上均有不同程度的降低，当液体流经此处时，会有充分缓冲时间，结垢源的分离更加彻底，此处的结垢程度会较以往更加严重，而且弯头的出口处由于管径缩小，对于降低的流速起到了一个提速作用，因此液体在流经弯头时是一个减速-提速的过程。由于弯头直径的增加，在短期内不会影响各类生产，但是以消耗大量能量为代价的。直径减少后，根据式公式可知，流速等数值均有不同程度的上升，目前生产在用为标准铸铁90°弯头，由于弯头的这种特殊性液体在流经此处时，将分两次进行提速，这样造成截面后的压强下降较大，不利于正常生产。

2.2增加站间掺水管线直线距离的流速

实践表明，流速越大，可使垢结晶还在悬浮状态来不及沉积到管壁上之前就被液流带走，而且随着流速的增加，剪切力也相应的增加，对管壁的冲刷能力增大，还可以将沉积在管壁上的杂质冲击下来。这样在管线的直线范围内加装类似于提速器的装置，可以将主要结垢段后移，最佳后移点为单井管线，由于单井的产液、管线管径、走向、长度不尽相同，因此个别井将结垢严重，但处理单井管线结垢的费用要远小于站间管线的消耗。

具体设想见图1。

根据连续性方程①可知：节流前流速ν与截面A的乘积与节流后的流速ν1与截面A1的乘积相等，因此改变截面A是可以提高液体流速，同时要保证截面前后的压强差较小。

根据③可知截面后的压力变化情况。

已知日中转站外输水量Q=1300 m3/d，管线内径D=106mm，根据公式Q=νA 可知截面前流速ν=1.7m/s，且中转站掺水压力P1=1.8MPa，将以上数值分别代入公式：

①；③；Q1=ν1A1④

可得出截面后的流速、压力、流量，寻找管线最佳的直径比。见表2。

表2 截面后数据统计及对比表

通过计算得出直径比D/d≤1.15时，截面前后压力损耗在0.1MPa左右，平均流速增加0.45m/s，而截面前后的流量没有变化，因此适当的改变管径增加液体流速方法是可行的。

2.3利用掺水压力的变化判断管线结垢程度

管线结垢最直接的变化是终点的压力降低，我们可以根据这一特性可以在管线结垢初期采取措施，减少不必要的人力、物力损耗。管线结垢后，由于各段的结垢程度不尽相同，因此各段的管径缩小率也不相同，这就类似于工程中常用的测量流量的串联管路，同样利用以上的数据及公式，通过计算，当末端压力下降超过0.25MPa以上时，管线已经结垢且部分段管径由106 mm缩至82mm，如此时不进行处理，随着管径的不断缩小，流速的不断增加，当流速达到3m/s以上，管径75mm以下时，将造成管线末端流量减少，平均降幅在0.001m3/s以上，日影响水量为86.4 m3，这将严重影响油井的掺水、热洗工作，同时也会造成处理的难度增加。