防除垢技术在三元复合驱注采系统的应用

摘要：介绍了油田注采系统中使用的几种物理防垢除垢技术，阐述了几种物理防垢除垢方法在油田现场的应用情况，并分析了应用效果，说明了物理防垢除垢技术在三元复合驱油试验现场应用的局限性。

关键词：油田；物理方法；防垢除垢技术；应用效果

Abstract: Anti-fouling of several physical oil field injection system on the application of several physical Anti-fouling in the oil field, analysie the application effect, indicating that the physical Anti-fouling technology in ASP flooding limitations of the application of oil test site.

Keywords: oil; physical methods; Anti-fouling technology;application effect

中图分类号：TE34文献标识码：A 文章编号：

在国内外油藏的开发、生产、集输过程中，无机结垢现象在油井和地面集输管线经常发生，随着油田注水和三次采油的不断深人，原油含水逐渐升高，许多某油田综合含水率达到80%以上，已进人中高含水开发中后期，水中结垢离子浓度很高，引起严重的结垢问题，造成油井及管道堵塞、加热效率降低、输液泵排量减少，使油井的正常生产能力和油气管线的有效输运能力受到影响，同时也增加了油田的生产成本。物理防垢除垢方法具有应用方便、投资少、运行费用低和无污染等优点，日益引起人们的关注[1]。

1 物理防垢除垢技术作用机理

在任何水体系统中，成垢的直接原因是沉积物从过饱和溶液中沉淀出来。影响形成垢的主要因素，一个是流体中成垢物质的溶解度，另一种则是晶核，它最终导致垢的沉积并生长。物理法防垢是应用物理手段改变流体或成垢物质的性质，增大流体对成垢物质的承载能力，或者允许成垢物质在溶液中形成晶核甚至结晶，但要求这种结晶悬浮于溶液中不粘附于系统壁上。

1.1 电子防垢除垢技术作用机理

电子防垢技术[2]是以电子技术为基础，通过信号发生器产生一种极性、振幅和频率高速变化的电流，该电流又在管道中产生快速变化的磁场，对水中的钙、镁离子产生一种离子干扰作用，可以改变这些离子的电化学特性和物理特性，降低 、 、 和 之间的吸附能力，从而阻止这些离子之间结合成垢，达到管道防垢的目的。

1.2 合金材料防垢技术作用机理

合金材料的防垢机理主要是合金的催化作用。利用溶液中存在胶体晶体可阻止垢物形成的原理，在流体经过的地方设置专门设备，利用设备种的合金材料对流体进行催化，产生胶体晶体，胶体悬浮可保持长时间的稳定，如果不发生变化，一般不会形成更大的聚集体或沉淀物，从而防止垢物生成。

1.3 超声波防垢除垢技术的作用机理

超声波防垢除垢[3]主要是利用超声波强声场处理流体，使流体中成垢物质在超声场作用下，其物理形态和化学性能发生一系列变化，使之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着管壁形成积垢。

（1）振散作用。当无机盐在水溶液中形成晶核时，采用超声波频率振荡，促使微晶分散而难于或不能生成晶体沉淀，有利于液体流动而不生成盐垢。

（2）震壁作用。对于即将形成的无机盐微晶、晶体或沉淀，利用超声波频率振荡，震掉或击碎松散垢物，易于被流体携带出地面。

1.4 磁防垢除垢技术的作用机理

磁防垢除垢技术[4]有多种形式，如高频电磁场防垢技术、低频电磁场防垢技术、脉冲射电防垢技术、变频电磁场防垢技术，等等。无论什么形式的磁场防垢技术，其防垢机理都是一样的。当采出液或注入液流经磁场时，在磁场作用下，溶液中的水分子、水化离子、油滴等粒子都要受到磁场的作用，作用力为罗伦兹力

(1)

式中： 为罗伦兹力； 为带电粒子的运动速度； 为磁通密度； 为带电粒子的电荷数； 为比例常数。

罗伦兹力对离子的作用结果是使得正负离子反方向螺旋运动。由于离子的水化层变薄，在螺旋运动中的正负离子相互碰撞的几率增大，因而容易生成离子缔合体，进而形成微晶悬浮于水中。根据这一理论，水中形成钙镁离子和重碳酸根、氢氧根相遇就可能形成碳酸钙或氢氧化镁结晶。使得水溶液的成核速率和晶体生长速率都有大幅度的提高。这样降低了溶液的过饱和度，并在溶相中形成晶核（结晶中心）而降低了在管壁结晶生长速率，从而使结垢量下降。对已经形成的水垢颗粒，从大量的实验证明，经过磁处理后，水垢颗粒变得大而松软；而未经磁处理的水垢坚硬而密集。分析认为水中一些杂质粒子被一簇簇水分子组成的集合体所包围，由于水分子簇团及其缔合物、水合离子和杂质的微观颗粒都进行着不间断的振动运动。当水体系通过高梯度的磁场时，可能受到磁感应振动，当其振动频度恰好与一些水分子禀振动频度相等或成比例时，即可能发生共振，致使一些分子簇团发生畸变扭曲或破坏，从而释放出原来被包裹着的杂质微粒而成为自由的晶核。

2 应用效果

2.1 现场应用

某油田在2002年8月共引进三套电子防垢器，分别在2个注水系统和1个掺水系统上进行了试验，经过近一年多的运行，在三个管网系统取得了很好的防垢效果。但三个系统所结垢的主要成分为碳酸盐垢。现场试验验证，超声波防垢技术[5]可以有效地解除地层的各种堵塞，起到疏通孔道的作用，同时可以提高地层渗透率和降低原油粘度，尤其适用于储层易受到损害的敏感性油藏；前苏联下瓦尔托夫油气联合局曾经进行了机械式超声波的防垢试验，将检泵周期由平均64天延长到170 ～250天。某采油厂弱碱三元复合驱试验区曾采用变频电磁场防垢、高分子材料防垢及合金电子防垢等技术，各种防垢措施都有一定的效果，泵阀等的使用周期从40－60天延长到110－140天，但随着时间的延长，防垢效果都逐渐下降；低频电子除防垢使用效果较好。但随着处理量的增加，防垢除垢效果都变差。2005年某区在一口油井井下下入合金防垢装置，仅23天后就因泵内结垢活塞拉伤而检泵。2006年在一口油井井下同时下入强磁防蜡防垢器和磁防垢块，仅三个月后，该井就因结垢严重而卡泵，起出清垢，三个月后，泵活塞又结垢，垢的主要成分为硅酸盐。

2.2 效果分析

对于某油田试验区块为水驱，流体中成垢离子以钙镁为主时，物理方法的防垢除垢效果较好；而某三元复合驱油现场试验区块，由表1可知，流体中除了钙、镁等离子外，还存在大量的聚合物、表面活性剂、硅胶体以及固体悬浮物，当溶液中有大量以胶体形式存在的硅时，固体悬浮物成为胶体聚沉的晶核，钙镁等离子、聚合物、表面活性剂的存在，增大了胶体聚沉的可能性[6]；在一定条件下电场、磁场以及超声波能增大胶体聚沉的速度，形成大量的硅垢，其主要成分见表2。由于三元采出液成分浓度是不断变化的，所以物理防除垢方法对胶体聚沉成垢的速度的影响也是不确定的，因此物理防垢除垢方法效果不明显或不稳定。

表1油井采出液样的成分及含量

表2油井垢样的成分及含量

3结论

（1）各种物理防垢除垢技术的机理研究都是以碳酸盐垢为研究对象的，对硅垢的研究很少，而硅垢与碳酸盐垢性质有很大不同，因此物理方法对硅垢的预防和清除的机理还不清楚，其应用效果是否理想不可预测。

（2）物理防垢除垢方法的影响因素较多，对于磁防垢除垢方法，它受到流体性质（如流体的磁记忆时间等）、流体的流速、磁场强度等；对于合金防垢，受到设备对流体的作用面积和作用时间等因素的影响；因此单一物理方法防垢除垢效果不明显。

（3）建议两种或两种以上的物理防垢除垢方法或者物理方法与化学方法同时使用，扬长避短，达到防垢除垢的效果。

参考文献：

[1] 周开学，卢贵武，黄乔松．磁防垢机理研究现状与进展[J].石油大学学报（自然科学版），1999（5）：109-112

[2] 张楠，顾晓梁，宗会霍，夙彦，狄鸿.电子防垢技术在某南部油田的应用[J].油气田地面工程，2004（10）：53

[3] 周爱东，杨红晓，张志炳. 超声波在防除结垢中的应用[J].应用化工，2005（11）：659～661

[4] 田党宏，蒲春生. 磁防垢除垢技术研究与应用新进展[J].石油工业技术监督，2005（6）：12～13

[5] 顾春元，虞建业，任永林等.超声波采油技术研究与应用[J].钻采工艺，2003，26（6）：59-61.

[6] 冯绪胜，刘洪国，郝京诚等.胶体化学[M].化学工艺出版社，2005.2：63~71.

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