油田注水系统结垢分析

油田注水系统结垢分析

原油污染是油田水质控制中面临的最严重问题之一。结垢可发生在从地层到地面管网的各个部位,增加流动阻力,增加停产检修时间,引起管线局部腐蚀,结垢产物增加注入水对油层的损害程度,给生产带来极大危害。目前,大港油田采油三厂地层水矿化度较高,水质成分复杂,管线结垢问题相当严重,维护费用支出过大,单井管线平均寿命不足5年,干线寿命也仅8年,极大地影响了采油三厂地面管线的正常生产,减少了产量,造成严重的经济损失。本文采用油田水结垢分析软件和化学分析方法,分别进行了采油三厂各注水系统结垢预测。该软件可以模拟水样在不同温度和压力条件下水中各物种的饱和状态,进行不同条件下结垢种类、结垢趋势、结垢量以及结垢部位预测,以及各水源间的配伍性评价等。1所有注水系统的结垢趋势预测1.1蒸发结晶规律油田水结垢不仅受水质体系各离子种类和离子浓度的影响,而且还受外部温度、压力、pH、离子强度等因素的制约。水质分析软件在综合考虑各因素的条件下,计算了各矿物在水中的物质平衡分布,预测结果中的△G是矿物实际状态和平衡状态的自由能之差。在平衡状态,△G=0,这时地层水和矿物达到平衡而不会发生溶解或沉淀。△G<0,由于不饱和,矿物不能从地层水中沉淀出来。△G>0,由于过饱和,矿物不会溶解,如果满足一定条件,会生成沉淀。△G值越大,生成沉淀的趋势越大。下面在对各注水系统水质分析数据的基础上,应用该软件对采油三厂各注水系统的结垢类型和结垢趋势进行预测(表1,图1)。从表1可知,各注水系统的主要结垢类型有:白云石、方解石、重晶石、菱锶矿、霰石等。从图1可知,各系统结垢程度较大的有:段六拔掺水系统、乌马营污水系统、官一联掺水系统、舍女寺和枣大站掺水系统,官一联污水、小大站污水、枣大站污水和枣二联掺水系统的结垢程度很小,且总的来说,掺水系统的结垢程度大于污水系统,这些与现场实际结垢情况基本一致。1.2膜法机械系统垢样和段六拔污水系统垢样的预测结果利用X-射线衍射分析仪,对乌马营和段六拔污水系统的垢样成分进行分析可知,乌马营污水系统垢样成分主要是:80%CaCO3与20%(Ba0.75Sr0.25)SO4,段六拔污水系统垢样成分主要是:(80～90)%CaCO3、5%CaSO4、5%(Ba0.75Sr0.25)SO4,与表1预测的结垢类型和相对大小基本一致,证明软件预测结果的准确性。2影响土壤水系统结垢因素的研究2.1硫酸根的影响利用水质分析软件,对离子浓度与结垢之间的关系进行预测(表2)。从表2可知,随着碳酸氢根、镁离子、钙离子、钡离子、锶离子含量的增加,结垢程度增大;而随着钾、钠离子含量的增加,结垢程度有所减小;除枣二联掺水系统外,氯离子含量与结垢程度间的关系不大;除乌马营污水和段六拔掺水系统外,硫酸根对结垢的影响也不大。此外,还从溶度积的角度考察了各注水站可能引起CaCO3结垢(表3)。从表3计算结果可知,所有水样在25℃下均能析出CaCO3结晶(25℃时CaCO3的溶度积为2.8×10-9mol2/L2)。同时,还可看出仅从Ca2+、CO32-浓度考虑,结垢最为严重的是:乌马营、段六拔、枣大站的注水系统,而其它水样的结垢程度虽有强弱不同,但相差不大,与图1预测结论及实际结垢情况一致。2.2温度对垢量的影响同样,采用水质分析软件研究了各注水系统的浓度对结垢的影响(表4)。可见,各系统的结垢量,随温度增大而增大。此外,采用化学分析方法,将各站水样在常压、不同温度放置48h,测定析出垢量与放置温度间关系(表5)。从表5可看出,随着温度的升高,垢析出的量逐渐增加;同时乌马营、段六拔析出的垢量最多,与图1和表3的预测结果及实际结垢情况一致。2.3压力和水体体系结垢形成机理在保持其它因素不变的条件下,研究当压力从1MPa逐渐增加到35MPa时,各注水系统ΔG变化趋势(表6)。可见,在现场压力范围内,∑ΔG或结垢量随压力的增大而逐渐减小。这主要是由于主要垢样成分CaCO3的生成依赖的电离平衡为:2HCO3-ue0f2CO32-+CO2+H2O,压力增大将减少CO2气的生成,使电离平衡向左移动,减少CaCO3的生成,减小结垢趋势。但在污水系统或掺水系统内,压力变化幅度不大,因此,因压力的变化,引起结垢生成的可能性会较小。此外,水的流动状态、水质体系腐蚀性和结垢沉积状况,对体系结垢也有较大影响。一般来说,在不考虑其它因素的条件下,水流速度越小则结垢趋势越大;腐蚀可加剧结垢的生成;油管内壁越不光滑,结垢腐蚀程度越大。综上所述,在采油三厂注水系统的输送过程中,导致结垢的主要原因是流体中水质成分的影响,外部条件(温度、压力、腐蚀性、管材表面状况、流动状态)的变化,对结垢程度也具有一定的影响。3各系统结垢程度的工(1)导致采油三厂地面管线结垢的主要原因是高矿化度、高金属离子含量(Mg2+、Ca2+、Ba2+、Sr2+等)、高酸性游离离子(HCO3-、SO42-、Cl-等),以及一定的外部条件(温度、压力等)。并随着碳酸氢根、镁离子、钙离子、钡离子、锶离子含量的增加,结垢程度增大;而随着钾钠离子含量的增加,结垢程度有所减小;除枣二联掺水系统外,氯离子含量与结垢程度间的关系不大;除乌马营污水和段六拔掺水系统外,硫酸根对结垢的影响也不大。(2)各污水、掺水管线结垢的主要类型是:白云