量子处理器在三元注入系统防垢中的应用

郑 凯 大庆油田采油二厂

量子处理器在三元注入系统防垢中的应用

郑 凯 大庆油田采油二厂

量子处理器是基于量子、共振、腐蚀及生物学等多种理论，结合油田生产实际设计制造的油田专用高效除垢、防垢设备，其防垢、除垢机理是依据自然界中每一种物质都有其固有振动频率波的特性，利用量子处理器使之产生并发出与这些物质固有振动频率相同的振动波，从而改变物理特性和晶体微观结构，提高结垢物质溶解度，达到除垢、防垢的目的。量子处理器对于解决油田三元注入系统结垢堵塞具有显著的防垢作用，对于已成垢的管线设备需要一定周期实现解堵效果。因此，应在设施投运前安装应用此类防垢技术，从而更明显地消除堵塞对三元注入产生的影响。

量子技术；三元注入；结垢；堵塞；防垢

2012～2014年间，萨南油田由于三元注入液物化特性，混配器及管道堵塞严重影响三元注入效果，生产管理单位对近百口注入井混配设施及管道进行清洗，平均清洗周期在40天左右，不仅投入大量人力和物力进行维护，同时频繁解堵严重影响注入效果评价。为降低各类措施对三元注入液物化特性的影响，尝试了多种地面防垢、除垢措施，但由于注入液物化特性，适应性难以保证。

南四东复配弱碱三元试验站位于南四区东部，利用原南四东三类油层聚驱试验区井网，封堵萨Ⅲ组以下油层，补射萨II7—12油层，开展石油磺酸盐/脂肽表活剂复配弱碱复合驱油现场试验，地面配注工艺采用“低压三元，高压二元”，注入时采用“单泵单井”注入工艺。其中注入井9口，单井平均注入量52 m3/d，注母液量15.3 m3/d，注水量27.6 m3/d，注碱量7.72 m3/d，注表活剂量1.59 m3/d。

2013年4月15日注聚合物段塞，7月10日注三元主段塞，10月份注水泵压力由9 MPa左右上升至13.5 MPa。主要原因是单井阀组静混器、高压二元碱静态混合器结垢堵塞造成。垢质呈砂砾状，为CaCO3结晶产物，采取酸洗措施进行解堵处理。

2013年7月至2014年9月30日，该试验站9口注入井共计进行堵塞清洗53井次，单井平均清洗周期为50天，影响注入量650 m3，投入维护清洗费用29.04万元。

从生产反映的现象看出，由于三元复合驱碱的添加，NaHCO3型水质向Ca2+、Mg2+沉积趋势偏移，特别是注入站内静态混合器及单井阀组，在流态变化较大区域CaCO3结晶沉积最为严重。

1 量子防垢技术原理及特性

1.1 技术原理

量子处理器是基于量子、共振、腐蚀及生物学等多种理论，结合油田生产实际设计制造的油田专用高效除垢、防垢设备，其防垢、除垢机理是依据自然界中每一种物质都有其固有振动频率波的特性，利用量子处理器使之产生并发出与这些物质固有振动频率相同的振动波，从而改变物理特性和晶体微观结构，提高结垢物质溶解度，达到除垢、防垢的目的。量子处理器工作原理示意图如图1所示。

图1 量子处理器工作原理示意图

应用时，首先对被处理介质进行全分析，找出不同物质含量及单体和综合结晶体固有振动频率，根据垢样组成和振动频率设计出防垢、除垢的微波种类、频率和强度，然后把这些信息存储于记忆合金材料里，形成专用的量子处理器，安装在已建工艺流程适当位置上，对管道中液体进行特性处理，实现防垢、除垢的目的。

1.2 技术特点

（1）通过改变介质晶体微观结构和物理特性防垢、除垢。

（2）适应范围广，对各种单体垢、复合垢都有明显的除垢、防垢效果。

（3）不需要外接电源，运行稳定，作用时间长，无运行成本。

（4）安全环保，不产生化学或电磁污染，对环境及人体安全无任何辐射。

（5）安装简便，无需停产，不受工艺条件限制。

1.3 技术参数

具体技术参数：有效作用距离约1.0 km（针对油田高黏含油污水）；安装点温度＜150℃；环境温度-50～50℃；非循环系统最大处理流量15000m3/h；循环系统最大处理流量120 000 m3/h；适用系统管道外径12～2 000 mm；使用寿命10年。

2 试验方案及应用效果

2.1 总体试验方案

2013年8月，根据试验区域垢样成分分析，完成量子环“一对一”能量加载。2013年9月4日开始在南四东复配弱碱三元试验站，安装量子处理器进行除垢、防垢试验。其中在4口试验井三元混配装置开展防堵塞试验，共安装量子处理器4台，具体安装情况见表1。

2.2 试验效果

第一阶段：单井阀组调节器前安装量子处理器防垢试验。

南4—丁21-P38、南4—丁30—P138由于静态混合器出现严重结垢堵塞，酸洗除垢后，在单井混配阀组前安装了量子处理器，如图2所示，并开始对安装后注入泵和阀组单井注入压力进行记录，压差曲线如图3、4所示。

图2 量子处理器现场安装

图3 南4-丁21-P38压差变化曲线

图4 南4-丁30-P138压差变化曲线

截至2014年9月30日，试验392天，除试验井外，全站非试验注入井平均清洗周期50天。2014年6月12日，全站酸洗，南4—丁21—P38、南4—丁30—P138生产平稳，已实现无清洗281天。

第二阶段：混配器前安装量子处理器防垢试验。

在南4—丁30—P38及南4—21—P38井阀组未清垢的条件下，三元混配管网前各安装1台量子处理器，安装后注入泵和阀组单井压差曲线如图5、6所示。

截至2014年9月30日，量子处理器共计运行265天，运行平稳。2014年6月12日，全站例行酸洗，南4—丁30—P38及南4—21—P38井试验井，已实现无清洗152天。

图5 南4-丁30-P38压差变化曲线

图6 南4-21-P38压差变化曲线

第三阶段：设备防垢效果验证。

2014年5月14日，量子处理器运行252天后，对南4—丁30—P138、南4—丁21—P38南4—丁30—P38和南4—21—P38混配器管线连接部位拆开，对同等条件下注入井静态混合器内部及后端管线结垢状态（期间站内其他混配设施解堵酸洗9次）进行对比，如图7所示。明显看出，试验井静态混合器基本没有结垢，翅片表面及后端管线内壁较为光滑，在静混器后端翅片连接部位黏结黏稠状物质，经分析这是聚合物母液混合不均匀造成的。

而未安装量子处理器单井混配器，滤网上聚集大量垢状颗粒、聚合物和油污，且部分结晶体黏接在塑料翅片本体上。表观检查，结晶体颗粒坚硬、不易粉碎，如图8所示。

图7 措施井混配器同期防堵塞验证

图8 对比井混配器同期堵塞验证

2.3 技术分析

首先，量子技术起到明显解堵作用，管网压差降低在合理的范围内，消除了高频率堵塞对生产造成的影响。

其次，安装设备后，通过混配器滤网上直观检测，能够验证该项防垢技术明显的防垢、解堵效果。其机理和试验过程有以下几方面特点：

（1）由碱的加入造成钙、镁溶度积下降，而成垢析出。在量子束的影响下，激发粒子震荡活跃性，抑制离子成垢趋势显著。

（2）由于量子束对物质固有震荡频率的影响，包括聚合物、碳氢化合物等有机物质同等活跃，克服极性分子间结合力，大大降低相互之间黏接现象，因此在混配器上只有少量聚合物和油污的黏结。

（3）由于部分盐大分子活跃性增强，产生溶解效应。管道设备上附着的物质黏结能力变差，从而产生脱落。在混配器上，松散的大颗粒产生短期堵塞，从而反映出工艺管道个别时间段出现压差上升波动。从几口井相同的规律性压差变化趋势来看，这一类波动周期在5个月左右，此后生产运行进入平稳期，且受来液物化特性影响较小。

3 经济适应性分析

注入系统安装量子处理器后，单井解堵基本解决。年平均减少三元注入单井工艺设施酸洗6次，单井节省酸洗直接费用3.29万元（平均0.548万元/次），注入井停产时间平均降低24 h（离线酸洗），减少注入量影响平均为52 m3，同时也减少了酸洗对管线设备的腐蚀，延长了使用寿命。

4 结论

（1）量子处理器对于解决油田三元注入系统结垢堵塞具有显著的作用，对于已成垢的管线设备需要一定周期实现解堵效果。因此，应在设施投运前安装应用此类防垢技术，从而更明显地消除堵塞对三元注入产生的影响。

（2）由于生产维护中电弧对量子处理器产生强烈的干扰，造成设备能量大幅度衰减，因此在推广试验中需专门进行设备的管理维护，才能更好地解决油田管道设施堵塞问题。

（0459）5296947、C2zhengk@petrochina.com.cn

（栏目主持焦晓梅）

10.3969/j.issn.1006-6896.2015.5.027

郑凯：高级工程师，1991年毕业于大庆石油学院采油工程专业，现任大庆油田有限责任公司采油二厂规划设计研究所设计室主任。