油田注水系統(tǒng)結(jié)垢分析

油田注水系統(tǒng)結(jié)垢分析

原油污染是油田水質(zhì)控制中面臨的最嚴(yán)重問(wèn)題之一。結(jié)垢可發(fā)生在從地層到地面管網(wǎng)的各個(gè)部位,增加流動(dòng)阻力,增加停產(chǎn)檢修時(shí)間,引起管線局部腐蝕,結(jié)垢產(chǎn)物增加注入水對(duì)油層的損害程度,給生產(chǎn)帶來(lái)極大危害。目前,大港油田采油三廠地層水礦化度較高,水質(zhì)成分復(fù)雜,管線結(jié)垢問(wèn)題相當(dāng)嚴(yán)重,維護(hù)費(fèi)用支出過(guò)大,單井管線平均壽命不足5年,干線壽命也僅8年,極大地影響了采油三廠地面管線的正常生產(chǎn),減少了產(chǎn)量,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。本文采用油田水結(jié)垢分析軟件和化學(xué)分析方法,分別進(jìn)行了采油三廠各注水系統(tǒng)結(jié)垢預(yù)測(cè)。該軟件可以模擬水樣在不同溫度和壓力條件下水中各物種的飽和狀態(tài),進(jìn)行不同條件下結(jié)垢種類(lèi)、結(jié)垢趨勢(shì)、結(jié)垢量以及結(jié)垢部位預(yù)測(cè),以及各水源間的配伍性評(píng)價(jià)等。1所有注水系統(tǒng)的結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)1.1蒸發(fā)結(jié)晶規(guī)律油田水結(jié)垢不僅受水質(zhì)體系各離子種類(lèi)和離子濃度的影響,而且還受外部溫度、壓力、pH、離子強(qiáng)度等因素的制約。水質(zhì)分析軟件在綜合考慮各因素的條件下,計(jì)算了各礦物在水中的物質(zhì)平衡分布,預(yù)測(cè)結(jié)果中的△G是礦物實(shí)際狀態(tài)和平衡狀態(tài)的自由能之差。在平衡狀態(tài),△G=0,這時(shí)地層水和礦物達(dá)到平衡而不會(huì)發(fā)生溶解或沉淀?！鱃<0,由于不飽和,礦物不能從地層水中沉淀出來(lái)。△G>0,由于過(guò)飽和,礦物不會(huì)溶解,如果滿足一定條件,會(huì)生成沉淀。△G值越大,生成沉淀的趨勢(shì)越大。下面在對(duì)各注水系統(tǒng)水質(zhì)分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,應(yīng)用該軟件對(duì)采油三廠各注水系統(tǒng)的結(jié)垢類(lèi)型和結(jié)垢趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)(表1,圖1)。從表1可知,各注水系統(tǒng)的主要結(jié)垢類(lèi)型有:白云石、方解石、重晶石、菱鍶礦、霰石等。從圖1可知,各系統(tǒng)結(jié)垢程度較大的有:段六拔摻水系統(tǒng)、烏馬營(yíng)污水系統(tǒng)、官一聯(lián)摻水系統(tǒng)、舍女寺和棗大站摻水系統(tǒng),官一聯(lián)污水、小大站污水、棗大站污水和棗二聯(lián)摻水系統(tǒng)的結(jié)垢程度很小,且總的來(lái)說(shuō),摻水系統(tǒng)的結(jié)垢程度大于污水系統(tǒng),這些與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際結(jié)垢情況基本一致。1.2膜法機(jī)械系統(tǒng)垢樣和段六拔污水系統(tǒng)垢樣的預(yù)測(cè)結(jié)果利用X-射線衍射分析儀,對(duì)烏馬營(yíng)和段六拔污水系統(tǒng)的垢樣成分進(jìn)行分析可知,烏馬營(yíng)污水系統(tǒng)垢樣成分主要是:80%CaCO3與20%(Ba0.75Sr0.25)SO4,段六拔污水系統(tǒng)垢樣成分主要是:(80～90)%CaCO3、5%CaSO4、5%(Ba0.75Sr0.25)SO4,與表1預(yù)測(cè)的結(jié)垢類(lèi)型和相對(duì)大小基本一致,證明軟件預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。2影響土壤水系統(tǒng)結(jié)垢因素的研究2.1硫酸根的影響利用水質(zhì)分析軟件,對(duì)離子濃度與結(jié)垢之間的關(guān)系進(jìn)行預(yù)測(cè)(表2)。從表2可知,隨著碳酸氫根、鎂離子、鈣離子、鋇離子、鍶離子含量的增加,結(jié)垢程度增大;而隨著鉀、鈉離子含量的增加,結(jié)垢程度有所減小;除棗二聯(lián)摻水系統(tǒng)外,氯離子含量與結(jié)垢程度間的關(guān)系不大;除烏馬營(yíng)污水和段六拔摻水系統(tǒng)外,硫酸根對(duì)結(jié)垢的影響也不大。此外,還從溶度積的角度考察了各注水站可能引起CaCO3結(jié)垢(表3)。從表3計(jì)算結(jié)果可知,所有水樣在25℃下均能析出CaCO3結(jié)晶(25℃時(shí)CaCO3的溶度積為2.8×10-9mol2/L2)。同時(shí),還可看出僅從Ca2+、CO32-濃度考慮,結(jié)垢最為嚴(yán)重的是:烏馬營(yíng)、段六拔、棗大站的注水系統(tǒng),而其它水樣的結(jié)垢程度雖有強(qiáng)弱不同,但相差不大,與圖1預(yù)測(cè)結(jié)論及實(shí)際結(jié)垢情況一致。2.2溫度對(duì)垢量的影響同樣,采用水質(zhì)分析軟件研究了各注水系統(tǒng)的濃度對(duì)結(jié)垢的影響(表4)?？梢?jiàn),各系統(tǒng)的結(jié)垢量,隨溫度增大而增大。此外,采用化學(xué)分析方法,將各站水樣在常壓、不同溫度放置48h,測(cè)定析出垢量與放置溫度間關(guān)系(表5)。從表5可看出,隨著溫度的升高,垢析出的量逐漸增加;同時(shí)烏馬營(yíng)、段六拔析出的垢量最多,與圖1和表3的預(yù)測(cè)結(jié)果及實(shí)際結(jié)垢情況一致。2.3壓力和水體體系結(jié)垢形成機(jī)理在保持其它因素不變的條件下,研究當(dāng)壓力從1MPa逐漸增加到35MPa時(shí),各注水系統(tǒng)ΔG變化趨勢(shì)(表6)?？梢?jiàn),在現(xiàn)場(chǎng)壓力范圍內(nèi),∑ΔG或結(jié)垢量隨壓力的增大而逐漸減小。這主要是由于主要垢樣成分CaCO3的生成依賴的電離平衡為:2HCO3-ue0f2CO32-+CO2+H2O,壓力增大將減少CO2氣的生成,使電離平衡向左移動(dòng),減少CaCO3的生成,減小結(jié)垢趨勢(shì)。但在污水系統(tǒng)或摻水系統(tǒng)內(nèi),壓力變化幅度不大,因此,因壓力的變化,引起結(jié)垢生成的可能性會(huì)較小。此外,水的流動(dòng)狀態(tài)、水質(zhì)體系腐蝕性和結(jié)垢沉積狀況,對(duì)體系結(jié)垢也有較大影響。一般來(lái)說(shuō),在不考慮其它因素的條件下,水流速度越小則結(jié)垢趨勢(shì)越大;腐蝕可加劇結(jié)垢的生成;油管內(nèi)壁越不光滑,結(jié)垢腐蝕程度越大。綜上所述,在采油三廠注水系統(tǒng)的輸送過(guò)程中,導(dǎo)致結(jié)垢的主要原因是流體中水質(zhì)成分的影響,外部條件(溫度、壓力、腐蝕性、管材表面狀況、流動(dòng)狀態(tài))的變化,對(duì)結(jié)垢程度也具有一定的影響。3各系統(tǒng)結(jié)垢程度的工(1)導(dǎo)致采油三廠地面管線結(jié)垢的主要原因是高礦化度、高金屬離子含量(Mg2+、Ca2+、Ba2+、Sr2+等)、高酸性游離離子(HCO3-、SO42-、Cl-等),以及一定的外部條件(溫度、壓力等)。并隨著碳酸氫根、鎂離子、鈣離子、鋇離子、鍶離子含量的增加,結(jié)垢程度增大;而隨著鉀鈉離子含量的增加,結(jié)垢程度有所減小;除棗二聯(lián)摻水系統(tǒng)外,氯離子含量與結(jié)垢程度間的關(guān)系不大;除烏馬營(yíng)污水和段六拔摻水系統(tǒng)外,硫酸根對(duì)結(jié)垢的影響也不大。(2)各污水、摻水管線結(jié)垢的主要類(lèi)型是:白云