油田注水开发过程中结垢现象的防治

油田注水开发过程中结垢现象的防治

游威

延长油田股份有限公司宝塔采油厂 陕西省延安市   716000

摘要：油田注入的设计方法，以单井的注入模式，达到了正注、反注和合注的良好效果。在油田发展进入后期时，对低渗油层进行了强化注入，利用精细的地质调查，进行了细分油层，对油层实施精确注入，并结合先进高效的自动化注入装置与设备的使用，增加注入的准确性，从而推动了注入技术开发在油田中的进展。油田注水技术的应用，克服了油层的非均质化问题，并利用水流的相互驱替效应，在油井与注水井中相互建立衔接，增加了油井的能力。对油田产品的注采方法加以评估与分析，有效调节了油田的注水方法，合理设计配注量，使油田的注水工程获得了最佳的技术效益。

关键词：油田；注水开发；结垢

引言

油田是我国经济发展过程中的一个重要的支撑，是促进地方经济的重要组成部分。当前，我国在很多地区都相继发现油田地址，同时相关的科研人员也开始了相应的开采工作，提出了创新的研究和开采方式。目前，油田在实际开采的过程中以注水开采为主，注水开采有一定的优势，但是也存在相应的弊端。很多油田在注水的过程中因储层敏感性出现注入水引起的粘土膨胀或是由于注入水与地层水不配伍产生结垢现象，在加快油井内部设施腐蚀速度的同时也影响了整个开采工作的效率，给油田企业带来较大的经济损失。为了更好地解决油田开采过程中出现的结垢现象，有必要对其产生的原因进行系统性的分析，并结合实际的结垢现象采取针对性的措施，帮助石油企业提升开采效率的同时增加经济收益。因此，本文将结合油田注水开发过程中结垢现象产生的原因进行分析，探讨结垢现象的防治措施，为相关工作者提供借鉴。

1.结垢作用机理

现在大部分研究学者认为，溶液热力学状态变化和离子的化学不相容性是引起结垢的主要原因，析晶污垢的沉积主要发生在换热面上。这种现象是由于加热器的加热作用引起溶液的热力学状态变化，使溶液达到了过饱和状态，当溶液达到过饱和状态后，溶液中的离子开始聚集形成晶核，晶核在流固表面形成，晶核通过吸引流体中带有电荷的成垢离子使其不断生长为晶体微粒，析出的晶体微粒在换热壁面不断聚集并生长，进而形成了污垢层。当溶液流过换热面时，流体的热力学状态发生变化，使流体中的盐离子达到过饱和状态，溶液中的离子沉积在换热面成为质地坚硬的污垢，这就是通常所说的析晶污垢。工业生产中常见的析晶型污垢有CaCO3、CaSO4以及BaSO4等。析晶污垢的析出是由于溶液达到了过饱和状态致使污垢从溶液中析出，不管水溶液是处于冷却状态还是加热状态均可以析出污垢，同时，流体在冷却状态下析出的污垢通常为正溶解度的盐，而在加热状态下析出的污垢通常为负溶解度的盐。颗粒污垢主要由固体颗粒和在流体中析出的晶体结合形成的污垢。化学反应污垢是溶液中的离子重新组合并沉积在换热壁面上的固体。腐蚀污垢一般是指由于换热面的金属与流体中的离子发生化学反应形成的氧化腐蚀污垢。生物污垢一般是指当金属表面形成腐蚀污垢后就形成了微生物生存的环境，进而使得微生物在换热面沉积生存下来形成的。凝固污垢一般是指当流体中的物质温度较高时，突然遇到冷水从流体中析出进而沉积在换热面上的污垢。从上面可以看出，每一种污垢的生成都是在多种条件的作用下，如果是混合污垢，其形成的机制会有更加复杂。在现实的生产中，一般不会出现单一污垢的情况，经常是多种污垢共同作用的结果，使得其解决并不是那么容易。

2.油田注水系统结垢的主要影响因素

（1）离子浓度：垢形成的可能性与离子浓度成正相关，即离子浓度越大，成垢可能性也就越大。（2）水的成分：通常垢的溶解度与水中盐的含量也成正相关，即水中盐含量越高，垢的溶解度也越大，这种现象也被称为盐敏效应。（3）压力和温度：在油田生产作业过程中，水质通常也会随着井下温度和压力变化而发生改变。（4）pH值：成垢的可能性与pH值成负相关，即pH值越低，越难成垢。这是由于酸液的存在会使垢的溶解度增大，从而会减弱成垢倾向。集输过程中影响结垢现象通常出现在管线内部不光滑的表面，或者已腐蚀表面，流体在这附近极易出现紊流状态，这就会使流体局部饱和度增大，因此，结垢现象会更容易发生。实验表明，结垢现象经常会发生在高度紊流区，这是因为紊流对各种离子的混合和传质有促进作用，而井底区域紊流剧烈，有利于井壁表面上晶核的生成，所以更易结垢。结垢的主要形成过程垢的形成其实是一个复杂的过程，其大致可分成以下四步：首先，水中的成垢离子会缓慢结合，从而形成溶解度较低的盐类分子；其次会发生分子的重新排列组合，逐渐形成微晶体，进而形成晶粒化的过程；再次，大量晶体慢慢堆积长大，沉淀成垢；最后，当条件不同时，结垢的产状通常也会不同。

3.油田注水开发过程中结垢现象的防治措施

3.1清管器技术清洁结垢

清管器工艺是现阶段油井除垢的一种重要使用技术，也是一种行之高效的大型油田设备清理除垢控制系统，一般由清管器、发射装置、接收设备、测量装置等部门构成，利用电机背压原理和动力设备驱使清管器在井管内慢慢地往前移动，把油田井底管下沉井壁部的结垢和杂质全部清除。这种方法具备了清理适用范围较广、环境保护性好、干净性好、对管壁毫无侵蚀性等优势，不过该方法所使用的仪器装置较多，且生产成本也较贵。

3.2采用高压水清除方式

高压水清除方式在当前我国很多行业中都得到了广泛的运用，例如日常生活中常见的交通超高压水清除道路，其主要的运行机制是通过设备将水转化成能量巨大的水射流，将标线打击脱落并清洗洁净，这种清洁技术清除效率高、清除成本低、绿色环保。在结垢防治中使用高压水清除方式能够直接将强力水流喷射到管壁处，将结垢有效的剥离开来，将污垢清理。在使用时对井壁产生的危害也较小，不会产生污染问题。但是也存在一定的缺陷，对于一些常年累积起来的结垢清理效果较差。因此，在使用这项清理技术时需要结合实际的结垢现象进行选择，确保经济环保的同时也能达到较好的清理效果。

3.3除垢剂清除结垢方法

除垢药剂法是油田注水化生产工程中较为普遍的方式，因为该法具备了成本低、见效快、生产实现能力强的优势。在采用除垢药剂法时，选定除垢药剂的品种十分关键，而除垢药剂的种类则主要有有机磷酸盐系列的除垢药剂、有机麟碱式盐和聚敖碱式盐复合类型除垢药剂、高分子多聚物类型除垢药剂等，选择时还需要依据油田形成的具体物理环境与化学情况进行选择，比如环境温度、孔隙情况、压力条件、岩层的水酸碱值、水质盐性状况等。

结束语

油田注水开发过程中结垢现象是无法直接避免的一种现象，但为了更好地提升油田开采的效率，确保石油企业的经济收益达到一定的标准，可以从结垢现象产生的根本原因的方向进行分析，结合实际情况选择适宜的防治措施，将各类清洁器械使用在除垢工作当中，确保石油开采工作在安全、高效的状态下进行，促进石油企业更好地发展。

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