新的防蜡防垢防腐蚀工具技术手册

1、目 录工具概述专利产品使用特点使用特点工作原理工具类型系列产品技术规格应用范围使用前后效果对比工作原理绪言水的性质除垢和除锈阶段性能和优点防蜡和除蜡小结防垢和防腐蚀机理常见垢的种类碳酸钙和碳酸镁垢(带黏结剂)的性质工具如何起作用以防止石灰质垢的形成以及溶解现有的垢工具为何能起催化作用工具和水溶液的相对电负性工具合金和水溶液的相对电负性的证明电动势序电子转移到水溶液中及其对垢的作用工具抑制以及溶解锈蚀产物的途径小结防蜡和除蜡机理原油的性质工具的防蜡作用地面工具工具结构技术规格工具安装工具安装安装方法安装尺寸典型应用和安装位置冷却塔蒸汽锅炉注水井地面集输管线油气水分离系统原油转运站井下工具简介工具

2、结构和尺寸技术规格使用优点工作原理油田应用防蜡作用防垢作用重油开发在油井中的应用及安装方法抽油井自喷井气举井使用维护地面工具井下工具注意事项使用寿命应用实例防蜡实例王南作业区H167井/中国石油长庆油田分公司HOOK-STATE 1 号井 / 美国TOUCHSTONE 资源公司EAST TEXAS 油田/EXXONMOBILE 石油公司Imo River-59T井防蜡实验 / SHELL石油公司GOOCH 2号和3号高压气井/AUSTRAL石油公司KILGORE 油田/ ARMSTRONG & ASSOCIATES 公司得克萨斯州JEFFERSON县/AUSTRAL 石油公司防垢和除垢

3、实例反渗透膜防垢实验EAST TEXAS 盐水注水井/ABNEY 3号井美国得克萨斯洲休斯顿 REDDY 制冰厂CAGLE/KEYSTONE 家禽饲养场防腐实例HUGOTON 气田硫化铁问题新墨西哥州LEA县/注水井美国得克萨斯州 Tyler Aramark Linen其他应用美国得克萨斯州 LaMesa 花生农场部分用户清单国外用户国内用户井下工具地面防蜡工具注水井防垢地面工具安装工具前：每六天更换过滤器一次，并且每天进行化学剂处理安装工具后：三十天后第一次更换过滤器，不再需要化学剂处理CIS防蜡防垢防腐蚀工具简单，可直接安装在现有的管线上就可以了。根据不同管线尺寸及流量要求，有各种型号可供

4、选择。由于独特的在线安装设计，在管线的任何地方都能安装。原油主要包括四种组分，即油、胶质、沥青质和前沥青质 （如碳青质和油焦质）。原油的化学性能和物理性能很大程度上取决于每一种组分在原油中的相对含量和每一组分的性能。沥青质组分一般比胶质和油组分含有更多的芳香化合物。 胶质含有芳香烃和环烷烃，而油组分含有环烷结构和沥青结构。沥青质在自然状态下以胶束形式存在，被胶质分子胶溶在一起的。而胶束的中心物质有可能是金属、粘土或水， 但基本的特点就是极性基团 （如含有S-“负” 和/或 N- “负” 和/或 O-“负”的基团）都朝着中心聚集。 这通常也称之为“外油内水”或油包水乳化。当原油从地层流到井筒中时

5、，压力和温度都会降低。 随着油和水溶液的冷却流向井筒的时候，其温度和压力都会降低。 蜡和水都将从油包水乳化液中释放出来， 在低温条件下， 释放出来的蜡蜡将逐渐固化。凝固沉积的蜡就会影响原油的流动工具的作用就是利用本身产生的电化学反应，使油包水的乳化结构稳定，防止蜡从胶束结构中释放出来而形成固态沉积。从而保证原油流动无阻碍和管壁清洁无蜡沉积。如左图所示，CIS防垢防腐蚀工具由进口、出口、外筒、内筒、斜板、芯子以及排放口几个部分组成。芯子包括4-6片（标准设计为5片）经过设计的孔板，孔板呈轴向排列，放置于工具内筒中（见右边芯子及孔板结构图）。流体通过进口和斜板进入工具内筒中，工具的结构设计能够确保

6、通过的流体充分与芯子孔板表面接触。当流体和芯子接触时，芯子的金属材料会通过电化学的方式使流体产生极化效应，从而防止溶液中的矿物质呈固体状态沉淀在工具下游的管壁或其他表面上。地面工具的安装非常简单，如下图所示, 可以在线将地面工具串联安装在流体管线上，只需保证按照工具上方向标志安装进出口连接即可。图中红色箭头为工具方向标志，绿色箭头为流体方向。地面工具系列的安装尺寸如下图和表所示。规格AHDD1dd1n24202801101405018435003501501858018445503701702101001846650493225257150188井下工具是针对石油油井防蜡、防垢和防腐蚀而开发的

7、一种专用工具，可以用在石油和天然气生产过程中防止并清除垢、蜡和其他沥青质沉积。如果将这种系统安装在油气生产井中，目前所使用的一些常规的处理方法，如钢丝作业清刮、化学防蜡、防垢和热油循环清洗作业， 将被淘汰， 从而降低作业成本、稳定油井产量。井下工具的连接丝扣根据用户所用抽油泵的技术规格加工。n 尺寸：1.66 英寸 n 流量：20方/小时n 应用范围：2-3/8”，2-7/8”和3” 油管 工具能够产生一种电化学变化， 使油包水的乳化结构稳定，防止蜡从胶束结构中释放出来而形成固态沉积。垢的形成会增加所使用的设备的工作负荷， 造成设备的早期失效。 工具可以消除结垢问题，提高设备的使用寿命和工作效

8、率。大部分重油油井的生产都存在结蜡问题，因为重油在生产油管中的黏度比较低。 使用井下工具置，可以提高原油的流动速度，减少由于粘度度变化造成的扭矩压力和泵所承受的应力。同样， 井筒更为清洁，油流更为畅通，从而提高了泵的工作效率，减轻了泵的工作负荷。如果井下有气锚, 将气锚取下, 安装一根两头带丝扣的加长管, 将工具接在加长管的下面(测量所需要的气锚长度，安装合适长度的加长管,使得整个气以下是墨西哥油公司制定的自喷井中工具的安装程序：（1）系统安装示意图（见右图）（2）安装操作规程工具安放在气举心轴下面n 关井n 在井口安装好钢缆设备n 通井到座放深度n 将工具接在座放工具的固定心轴上n 将井下工

9、具总成接在钢缆上n 将井下总成下放到十字短节处, 使固定心轴定位n 将电缆和固定心轴脱开,起出电缆n 恢复生产工具安放在气举心轴下面n 关井n 在井口安装好钢缆设备n 通井到座放深度n 将工具接在座放工具的固定心轴上n 将井下工具总成接在钢缆上n 将井下总成下放到十字短节处, 使固定心轴定位n 将电缆和固定心轴脱开,起出电缆n 恢复生产打开顶盖，从内筒中取出孔板芯子，用清洁的水冲洗干净孔板表面的污垢。打开底部排污丝堵，冲洗外筒内部，清洁后安装芯子和丝堵，至此全部维护完成。根据需要确定清洗的间隔时间，一般每月清洗一次，确保工具正常工作。免保养维护，需要检修抽油泵时取出井下工具，清洗工具内外部表面

10、即可。在使用时间较长的管线中，无论是地面工具还是井下工具，安装好后，工具在工作过程中会使原来的蜡、垢和腐蚀颗粒从管线内壁脱落，从而可能发生管线泄漏或由于脱蜡、垢和锈引起的管线堵塞现象。用户对此事先应该做好防范准备工作。CIS防蜡防垢防腐蚀工具使用寿命非常长。它是作为催化体通过电化学作用使流体和流体中的矿物质的产生极化效应而改变流体和其中矿物质的性能。工具本身是一种非牺牲体，在使用过程中始终不会改变其本身的特性和工作性能。工具（包括地面工具和井下工具）无任何运动部件，因此，不存在任何磨损和破坏问题。在使用过程中，其工作寿命取决于使用工况和工作条件的好坏。根据目前的使用情况，最长的已经使用了六年多

11、还未出现任何问题。1988 年美国新墨西哥州ROSEWELL 测试中心对地面工具的芯子孔板做过一次淋滤实验，实验结果如下：n 实验时间：1988年月20日至1989年1月13日n 实验用流体是井水，总的溶解固相溶解量约为 111,000 ppm. 在孔板的后面安置了一个流量剂，测量水的流量。n 实验方法是测试一段时间后，将孔板取出，用2%浓度的柠檬酸清洗，晾干，然后称重。 然后再装回到测试系统，重新开始测试。n 第1个月，每星期按照实验方法做一次。然后两个月后做一次。最后一次是在3个月以后。n 孔板最初的原始重量（当75,143加仑的流体通过孔板后）为76.3834克, 最后的重量为71.56

12、65 克。整个过程孔板损失了4.8169克. 也就是说, 平均有0.0009ppm的孔板材料进到溶液里.如果所处理的流体含有大量的研磨砂和石, 由于高速流体通过工具, 这些砂石有可能造成对工具的磨损和破坏，但不会明显影响工具的使用效果。n 2003年7月下入一套井下工具n 下入前结蜡严重，平均每月要进行一次清蜡热洗作业，才能维持油井正常生产；n 长庆采油一厂9月16日的书面报告：下入后，截止9月15日，累计生产时间42天，该井未进行检泵作业和清蜡热洗作业，同时，最大载荷和最大电流相比下入前有所降低，综合分析认为，目前该井结蜡情况相比下入前减缓，长期效果有待进一步观察。n 截止到2004年2月1

13、9日的防蜡工艺统计数据如下表。H16-7 井防蜡工艺统计效果台帐投产日期防蜡工艺名称下入日期下入位置防蜡工艺简介防蜡防垢防腐蚀井下工具993.73m本井与2003年7月5日在进行热洗作业后，修井下入防蜡防垢防腐蚀系统井下工具下 入 前 生 产 情 况日 期开井天数日产液（m3）日产油（t）含水(%)动液面（m）功图解释最大载荷（KN）最小载荷（KN）上冲程最大电流（A）下冲程最大电流（A）备注2002.83112.162.1980.1547/441正常8.6修井2002.929.911.602.0778.7420/568正常.9.8热洗2002.1030.711.992.1279.1402/5

14、86正常10.14修井2002.1129.811.742.3276.6518/470正常11.16热洗2002.123110.772.3574.3532/456正常12.10热洗2003.13110.751.979523/465正常1.17热洗2003.22810.931.8679.7498/490正常2003.33111.121.8480.3440/524正常3.5热洗2003.429.711.432.0279.0389/575正常4.17热洗2003.53111.341.9479.7470/494正常5.22热洗2003.63011.331.5783.5488/476正常2003.730.

15、710.542.5771.0505/458正常26.297.9117147.18修井下入结蜡情况检泵周期：237天；结蜡周期30天；下 入 后 生 产 情 况日 期开井天数日产液（m3）日产油（t）含水(%)动液面（m）功图解释最大载荷（KN）最小载荷（KN）上冲程最大电流（A）下冲程最大电流（A）备注10.382.0876.2480/483正常28.3010.49141310.252.1475.1451/512正常28.1610.12131213.943.1073.52003.9.312.541.9981.110.542.2374.8455/508正常27.4510.21131110.542

16、.5771.011.662.7871.614.332.7777.0424/539正常27.079.51141214.793.2773.712.862.8473.712.802.6175.712.261.4386.12003.10.312.541.7183.8416/547正常26.529.2214132003.10.912.541.5885.02003.10.1212.061.5285.02003.10.1312.061.3087.22003.10.1812.061.2188.1447/516正常29.1212.861392003.10.2511.661.9580.12003.10.39.45

17、1.2184.82003.11.39.451.1186.0464/499正常28.4610.0413102003.11.89.451.2084.92003.11.1211.371.4484.92003.11.1513.131.3188.12003.11.1813.131.6285.328.4611.04131110.671.6781.4462/501正常28.969.5710.671.8579.411.351.8181.011.351.4484.9466/497正常27.0010.79181511.421.4684.8419/553正常171511.181.4384.828.6011.0411

18、.261.4484.811.612.2477.011.611.5983.728.8111.1211.611.4185.5438/534正常11.551.4185.511.551.4385.3394/578正常11.41.2287.327.1110.76378/59426.958.87注：非常感谢长庆油田公司提供的以上数据。n 油田位于美国得克萨斯州KILGORE。n 在油田结垢和结蜡最严重的两个区块安装了两套地面设备进行测试。n 安装工具之前，每30天需要热洗一次地面管线和井下生产管柱。热洗温度135度。在运走卖油之前需要滚动油罐，原油销售时，油脚和水的刻度读数为2。这也是原油收购方能够接受的

19、最大数值。整个系统存在结蜡和结垢问题。n 2000年5月1日，在KILGORE南部油田两个不同区块的井上安装了地面工具。这两口井的产层分别为 TRAVIS PEAK 和 PETTIT 地层，层位深度为7,300英尺到7,500 英尺。n 2000年6月1日，进行了一次地面设备清洗。把地面分离器重新使用起来，在这之前，因为结蜡问题原油无法用分离器处理，只好通过旁通管线流走。这时已经发现，地面管线已经干净，油脚和水的刻度读数已经降到0.50, 有时降为0.10. 不需要进行热洗作业，也不需要在销售原油之前滚动油灌。n 2000年6月15日之前，罐内倒出来的东西已经没有蜡了，只有脱下来的腐蚀物质，这

20、些腐蚀物质是从油灌壁上掉下来的。说明地面工具正在清除原来的垢。n 2000年7月7日，油公司来人专门到现场察看。我们把地面管线冲洗干净，发现所有的地面设备都非常干净，并注意到分离器上的透明液位管也很干净，而原来是从来无法看的见。n 2000年7月28日，因为一个区块的井需要检泵，所以对井下进行了热洗作业。检泵后在两口井里安装了井下工具。n 整个实验过程未添加任何化学剂。资料提供：ARMSTRONG & ASSOCIATES公司n 安装地点：美国得克萨斯州JEFFERSON 县DANIELL-QUINN。油井属于AUSTRAL 石油公司。这个地区的油井普遍存在结蜡和腐蚀问题。n 安装日期

21、：2001 年12月。n 安装工具之前，由于存在腐蚀和结蜡问题，每三个月必须起井一次。并且每次都需要进行热洗和检泵。n 2001年12月下入井下工具，从来没有需要起井清蜡和检泵，一直到2003年一月需要更换泵的球阀和阀座才起出泵。这次不需要热洗，没有发现结蜡。也不需要更换井下泵，因为泵体没有出现腐蚀。n 根据原来的数据可以估计出，由于使用了井下工具，两年期间共节约检泵、热油清洗、和停工费用29,540.20 美圆。资料提供：AUSTRAL 石油公司开采经理n 1987年8月10 日开始，美国新墨西哥州ROSEWELL 测试中心对地面设备的防垢性能在反渗透膜上进行了测试。测试用水总溶解固相含量为

22、10,400 毫克/升，反冲洗的回收率为50% 。一般城市用水的总溶解固相含量为840 毫克/升， 也就是说，实验用水的溶解固相含量比城市用水多10 倍多。这次实验用水的总的硬度为166 格令/加仑 （注： 1 格令 = 0.0648 克）。n 地面工具安装在反渗透膜的进口管线上，实验了2193 个小时。在这段期间内，反冲洗的百分比和回收率只有少量的减少。而同一台反渗透膜在没有安装地面工具的时候，很常见的是不到100 个小时左右，就被垢堵塞了。而安装工具后没有显示任何结垢现象，实验用水唯一经常过的预处理是将实验用水通过 A.G. 和镁绿砂过滤器脱铁。n 当实验装置出现流量下降的时候，可以用城市用水冲洗30分钟，共做三次，是流量恢复。测试数据表明， 工具确实能够防止反渗透膜结垢。安装工具之前n 清垢化学剂费用为每年20,000 至 25,000 美圆n 由于冷却塔化学剂渗漏每年必须重新油漆设备两次n 处理含有化学剂的废水进入城市排水系统费用区大n 即使使用化学剂，冷却塔仍然结