海上油田聚合物配注工艺流程结垢分析

马龙（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300452）

前言

随着海上勘探程度的提高，新发现的油田中稠油所占的比重越来越大，很多油田进入高含水期，提高稠油油田的采收率技术尤为重要。聚合物驱在我国陆地油田是比较成熟的提高采收率技术。采用该技术，陆上油田采收率能提高10%以上[1]。

中海油于2003年至今，在渤海区域，绥中36-1油田I期、旅大10－1油田均已开展了大范围的聚合物驱工作[2]。为了更有效的实施聚合物驱工作，各种优化工艺研究[3]和改进技术层出不穷，但是流程及设备结垢问题一直没有解决。

本文对此问题，从聚驱工艺、水质、药剂等方面进行了研究分析，阐述了工艺过程中，温度变化，压力变化以及聚合物溶解过程对结垢的影响。

一、结垢情况与影响

1.结垢基本情况与垢样分析

结垢严重部位主要是溶解罐内壁、输送泵过滤器、喂入泵过滤器、熟化罐内壁以及高压注入管线流量分配器等部位。我们对垢样分析采用X射线衍射法、X射线荧光光谱进行检测，根据衍射谱图和电镜能谱的数据可判断垢样无机结晶成分主体为(Mg0.03Ca0.97)CO3约占90%以上，，可知结垢主要来源于水中二价离子的碳酸盐。

2.结垢影响

结垢对流程中的运转设备和流程均造成了了破坏：结垢造成螺杆喂入泵定子转子磨损严重；造成柱塞泵凡尔总成、柱塞严重磨损，弹簧断裂；两位电动蝶阀的动作因密封面结垢关闭不严，内漏回流，甚至无关闭反馈信号；熟化罐内壁结垢到一定厚度后，发生龟裂脱落，堆积在底部，造成出入口堵塞。

二、结垢原因分析[4]

渤海湾油田平台注聚配注系统[5]采用了聚合物母液间歇配制、目标液分井注入的工艺。溶解罐水粉混合头的混合过程：配注水通过缩颈喷嘴后呈雾状喷出，与高速空气流携带下的聚合物颗粒发生撞击接触混合，混合后的溶液进入溶解罐进行搅拌，并通过输送泵送至熟化罐。分析和检测在此过程，有理由认为会发生如下变化：

温度突降：65℃-70℃的配注水呈雾状与常温空气以及聚合物颗粒混合后，温度突降至50-53℃。

氧化反应：通过高速气液相的撞击混合，液相组分必然急剧增大氧气接触面积。

压力突降：配注水的压力从1MPa经过喷嘴后，突降为常压。

熟化过程：聚合物混配液在熟化罐中不断搅拌，聚合物分子在水中逐步展开，粘度逐渐增大，同时由于热损失，温度有缓慢降低。

高压泵注入过程：喂入泵将溶解熟化后的溶液初步增压1MPa后，送至高压注入泵，增压到8-12MPa后，经过分配器与高压来水混合后，注入井下。

通过工艺过程分析，我们看到整个过程发生了温度、压力、水溶气这三个参数的变化。因此，我们主要分析这三个条件的变化影响。

1.水质分析

取样LD10-1和SZ36－1油田注聚水样进行水质分析，结果表明Ca2+浓度约800mg/L，Mg2+浓度约250mg/L，CO32-浓度约0.00mg/L，HCO3-浓度平均16omg/L，Cl-浓度平均5500mg/L。

2.pH值影响

为了更加深入的探讨pH值沉淀影响，做了如下实验，首先测定溶解聚合物之后的聚合物溶液pH，使用NaOH溶液调节注入水的pH，之后按照水质分析标准，滴定不同pH注入水的钙离子含量，滴定结果如下：

表1 不同pH值注入Ca2+水含量

通过实验表明，溶液中的Ca2+含量随pH升高而降低，当pH＝10时，已经出现明显沉淀。根据结垢倾向预测结果，由此可看出pH值对结垢的影响很大，随着pH值的增大结垢量增大。

目前采用的多为线性聚丙烯酰胺，聚丙烯酰胺[6]在生产过程中，需要使用NaOH进行水解，所以，一般称为水解聚丙烯酰胺。

由于化学式（1）存在化学平衡，OH-的不断加入，造成反应向生成CO32-的方向移动，最终导致生成CaCO3的沉淀。特别是残留NaOH过多，将对ph产生影响。

3.温度影响

模拟了条件：压力1atm，流量30m3/h，ph=7的温度对结垢影响，结果如下表：

表2 温度对钙镁二价离子的溶解度影响

通过模拟数据可以知道，温度对钙镁二价离子的溶解度影响明显。

4.压力影响

模拟了条件：温度50℃，流量30m3/h，ph=7的压力对结垢影响，通过模拟数据表明压力对钙镁二价离子的溶解度影响很有限。

结论与建议

通过对垢样分析，发现垢样主要由无机结晶成分(Mg0.03Ca0.97)CO3组成，约占90%以上，其余为少量的硅铝酸盐物质，可知水中的高硬度，是注聚结垢的主要内因，其中主要是钙离子所形成的碳酸钙垢。

通过对目前的工艺流程分析，结合模拟实验，结果表明：压力变化对结垢现象影响较小，可以忽略不计；温度对钙镁盐的溶解度影响较明显，温度在70℃下，降低20℃，能够导致氯化钙盐的溶解度减少10%以上，是结垢的主要因素。ScaleChem垢化学分析系统结垢趋势预测结果表明pH值对结垢的影响很大，随着pH值的增大结垢量增大。pH值升高，会导致钙离子的溶解度降低，造成沉淀。

改造流程以及相关设备，减少流程各个环节热量的损耗，特别是热损失最大的水粉混合头配液过程，改变风送混合方式为重力下落混合，这些措施有利于改善结垢形成。严格控制聚合物产品中残余NaOH含量，也可以通过添加缓冲弱酸来去除其对ph值的不利影响。以及加入相应的阻垢剂，可以减缓结垢的形成，减少因此造成的设备磨损。

通过以上多项措施的改进，目前，海上小平台聚驱流程设备的结垢对流程的影响得到了有效的控制。

[1]周守为，韩明，张健，等.用于海上油田化学驱的聚合物研究[J].中国海上油气，2007,19（1）：25-29.

[2]张贤松，孙福街，冯国智.渤海稠油油田聚合物驱影响因素研究及现场试验[J].中国海上油气，2007,19（1）：30-34.