地面注水管网结垢趋势预测研究

地面注水管网结垢趋势预测研究

结垢是油田注水系统中最严重的问题之一。它可能会发生在地面上的不同部位，增加流动阻力，增加停工时间，导致管道局部腐蚀，增加管道对油层的损害，给生产带来重大影响。目前孤东油田地层水矿化度较高,水质成分复杂,管线结垢问题相当严重,2006年孤东油田因结垢而全井更换油管的水井达192口,共25.77×104m,因管网结垢带来的直接经济损失达2500万元,且逐年呈增加趋势。笔者采用油田水结垢预测软件和化学分析方法分别进行了孤东油田各注水系统结垢预测。结垢趋势预测软件可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、结垢部位预测,以及各水源间的配伍性评价等。1单-东油田所有注水系统的结垢趋势预测1.1结垢类型的预测注入水的结垢受水质体系各离子种类和离子浓度、温度、压力、pH值、离子强度等因素的影响。在综合考虑各因素的条件下,笔者采用结垢趋势预测软件,计算了各矿物在水中的物质平衡分布,得到各注水系统可能产生的结垢类型,如表1所示。由表1可知,各注水系统的主要结垢类型有:白云石、方解石和霰石等,也就是说导致结垢的主要成分是CaCO3。1.2对软件预测结果的验证1.2.1饱和水溶液中矿物的含量该软件还可给出结垢矿物实际状态和平衡状态的自由能之差ΔG。在平衡状态,ΔG=0,这时地层水和矿物达到平衡而不会发生溶解或沉淀。ΔG<0,由于不饱和,矿物不能从地层水中沉淀出来。ΔG>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。ΔG越大,生成沉淀的趋势越大。利用该软件,计算出孤东各注水系统自由能的变化(ΔG),得到各注水系统结垢量从大到小的顺序是:东六注>东四注>东二注>东三注>东一注>东五注,该预测结果与现场实际情况的符合性很好,证明了软件预测结果的准确性。1.2.2垢样成分分析利用X-射线衍射分析仪对结垢较严重的东四注、东六注的垢样成分进行分析,得到主要垢样成分是:80%～85%CaCO3与15%～20%油泥砂和其他杂质,与表1预测的结垢类型基本一致,证明软件预测结果的准确性。1.2.3水样中caco3的测定从浓度积的角度考察了各注水站可能引起CaCO3结垢的程度,如表2所示。由表2计算结果可知,所有水样在25℃下均能析出CaCO3结晶(25℃时CaCO3的浓度积为2.8×10-9mol2/L2)。同时,还可看出,仅从Ca2+、CO2−332-浓度考虑,各水样结垢程度从大到小的顺序是:东一注>东五注>东二注>东六注>东三注>东四注,这与软件预测结论一致。2影响独东油田地面注水系统结垢因素的研究2.1hco-3、mg2+、ca2+含量对结垢程度的影响利用结垢预测软件对离子浓度与结垢之间的关系进行预测,结果如表3所示。由表3可知,随着HCO-3、Mg2+、Ca2+含量的增加,结垢程度增大;而随着K+、Na+含量的增加,结垢程度有所减小;Cl-、SO2−442-含量与结垢程度间的关系不大。2.2结垢量越大,结垢量越大,结垢量越大因为结垢矿物实际状态和平衡状态的自由能之差ΔG越大,结垢量越大,因此,采用结垢预测软件研究了各注水系统的浓度对结垢量的影响,如表4所示。可见,在研究温度范围内,各系统的结垢量随温度增大而增大。2.3各变化的变化趋势在保持其他因素不变的条件下,研究当压力从1MPa逐渐增加到35MPa时,各注水系统总自由能差ΣΔG变化趋势,如表5所示。可见,在研究压力范围内,ΣΔG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:2HCO−3⇌CO2−3+CO2ΗCΟ3-⇌CΟ32-+CΟ2+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。2.4ph值、水流速度、水质以及水质体系结垢量的关系同样,保持其他条件不变,改变pH值,得到pH值对结垢趋势的影响,如表6所示。可见,在研究的pH值范围内,ΣΔG或结垢量随pH值的增大而增大。也就是说,随着pH值的增加,结垢量是逐渐增大的。此外,水的流动状态、水质体系腐蚀性和结垢沉积表明,状况对体系结垢也有较大影响。一般来说,在不考虑其他因素的条件下,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,在孤东油田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全系统结垢程度的主要类型1)通过现场应用表明,结垢趋势预测软件的预测结果具有较高的准确性,完全可用于分析油田注水系统的结垢状况。2)研究表明,导致孤东油田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+等)、高酸性游离离子(HCO-3、SO2−442-、Cl-等),以及一定的外部条件(温度、压力等)。并随着HCO-3、Mg2+、Ca2+含量的增加,结垢程度增大;而随着K+、Na+含量的增加,结垢程度有所