海上油田碳酸钙垢形成的影响因素及结垢预测

王婷婷

（东北石油大学，黑龙江 大庆 163318）

海上油田碳酸钙垢形成的影响因素及结垢预测

王婷婷

（东北石油大学，黑龙江 大庆 163318）

本文针对海上油田生产过程中形成钙垢的问题，分析油田水结垢机理及影响CaCO3垢形成的各种因素。以M油田为例，利用蒂夫（Stiff）-戴维斯（Davis）饱和指数法进行结垢预测，稳定指数大于0，水中Ca2+已过饱和，说明M油田在生产过程中会形成 CaCO3垢，同时给出几种可行的防垢方法，为现场施工提供参考。

钙垢；碳酸钙；饱和指数法；稳定指数；防垢

结垢是海上采油工程中经常遇到的问题，海上采油工程的过程中存在各种类型的水如淡水、海水、地层水、水井水等，因此结垢的现象会出现在生产中的各个环节，给生产带来严重的影响，使生产中的问题更加复杂化[1-2]。地层结垢会造成地层堵塞，使注水井不能达到配注量，油井产能大大下降；在井筒中结垢增加了井下的起下维修作业，严重的造成注水井、油井的报废；结垢还会造成地面系统中管线、输送泵、热交换器的堵塞，影响原油处理系统、污水处理系统的正常操作，增加了设备、管线的清洗和更换费用；水垢的沉积还会引起设备和管道的局部腐蚀，在很短的时间内出现穿孔，使用寿命大大减小[3-7]。

1 CaCO3垢形成的影响因素

CaCO3是海上油田结垢中最常见的物质，其在水中的溶解度很低[8]。碳酸钙垢是由水中的Ca2+与结合而生成的。反应式如下：

影响CaCO3垢形成的因素主要有以下几种。

1.1 CO2的影响

CO2溶解在水中时，生成碳酸，其电离反应如下：

在一定的pH值条件下，油田水中只有很小百分比的 H CO-3电离形成H+和CO32-，如图1所示，在一般情况下，H C O-3在数量上远大于CO23-，CaCO3沉淀主要为Ca2+和HCO-3反应而产生的结果。当油田水中CO2的浓度增加时，反应向右移动，CaCO3沉淀减少；当油田水中CO2的浓度减少时，则反应向左移动，CaCO3的沉淀增加。

系统压力的增加和气体中CO2百分含量的增大，都会造成水中CO2浓度的增加。

平台上含油污水处理系统中，在浮选器的前面流程为密闭系统的情况下，污水进入浮选器以前压力较高，进入浮选器后压力突然下降，水中CO2浓度减少，造成CaCO3析出，这就是目前海上平台浮选器或多或少都有CaCO3结垢现象的原因。

1.2 pH值的影响

油田水中一般含有不同程度的碳酸，而水中3种形态碳酸CO2+H2CO3、HCO-3和CO2-3在平衡时的浓度比例取决于pH值。根据pH值计算水中三类碳酸的百分数，关系曲线见图1。

由图1可以看出，水中3类碳酸在平衡时的浓度的比例与pH值有完全相应的关系。在低pH值范围内，水中只有CO2+H2CO3；在中等pH值范围内H CO-3占绝对优势；在高pH值范围内只有。因此，水的pH值较高时就会产生更多的CaCO3沉淀；反之，水的pH值较低时，则CaCO3不易产生沉淀。

1.3 温度的影响

温度是影响CaCO3结垢另一重要因素，绝大部分盐类在水中的溶解度是随温度升高而增大。但CaCO3等难溶盐类具有反常的溶解度，在温度升高时溶解度反而降低，即水温升高时会结更多的CaCO3垢。

温度对CaCO3溶解度的影响，是海上平台各种热交换器常常发生CaCO3结垢的主要原因；也是注入水在地面系统中不结垢，当进入温度较高的注水井井底时发生CaCO3结垢的主要原因。

1.4 总压力的影响

当压力增大时，CaCO3沉淀易于溶解，而当压力减小时，容易产生CaCO3沉淀。对于汽、液两相系统，首先总压力增加，CO2碳分压增大，CaCO3的溶解度随之增大；其次从热力学角度看，压力增加也会使CaCO3的溶解度增加。对于只有水的单相系统，只能从热力学的观点考虑，压力增加会使CaCO3的溶解度增大。

1.5 水中盐类的影响

水中含盐量增加时CaCO3的溶解度也增加，因为当含盐量增加时，即相应提高了水中的离子浓度，离子之间相互静电作用的影响下，使成垢离子的活动性减弱，从而导致结垢速度的降低。

总体而言，CO2分压减小，pH值增加，温度升高，总压力减小，含盐量减小都会使CaCO3的结垢趋势增加。

2 结垢预测

M油田原油脱出水水质分析数据见表1。

表1 M油田原油脱出水水质分析数据Tab.1 Water quality analysis data of crude oil dehydration in M oilfield

采用斯蒂夫（Stiff）- 戴维斯（Davis）饱和指数法进行结垢预测。计算地层水总离子强度，见表2。

表2 摩尔离子强度计算Tab.2 Calculation ofmolar ionic strength

在离子强度和水温关系曲线上，摩尔离子强度为0.37时，井筒中不同位置处，经验常数K=1.2～3.0。

由钙曲线和总碱度曲线得到PCa2+=1.5，PALK=1.7。

因此，稳定指数SI=pH-K-PCa2+-PALK=2.2～4＞0

因此，水中Ca2+已过饱和，在生产过程中，井筒中会出现结CaCO3垢现象，结垢倾向随压力的增大而降低，随温度的升高而增大。

3 油井防垢方法

在工程设计时，建议在井下下入物理防垢器进行防垢，并预留化学药剂注入通道，在物理防垢器不能满足防垢要求的情况下，注入化学药剂进行防垢。

原油采出过程中，液流沿井筒向上流动时，温度、压力都会发生变化，所以油井结垢也是常见问题，常用的解决方法有以下几种：

（1）从油井环形空间连续注入防垢剂，在井下与产出液混合。这种方法可保证药剂供给均匀，对药剂注入点上部设备具有很好的保护。

（2）在井下安装固体防垢剂块。将固体防垢剂块装入工作筒中，工作筒可随井下作业而下入井中。工作筒连接在抽油泵下部，筛管的上部。液体通过防垢剂块时，防垢剂溶入水中，起到防垢作用。但是这种方法对防垢剂块以下的设备不能起到保护，同时更换防垢剂块时必须起下管柱。

（3）定期通过油井向地层注入防垢剂。用高压设备将防垢剂溶液通过环形空间或油管注入油井，随后使用顶替液将防垢剂溶液顶入地层，关井一段时间，使防垢剂吸附在岩石上，然后开井生产。这种方法在两次操作之间可保持较长的时间，同时对近井地带的地层可起到保护作用。但是由于防垢剂释放浓度不均匀及防垢剂在地层中的损失，会造成防垢剂用量较大。

4 结论

（1）CO2分压减小，pH值增加，温度升高，总压力减小，含盐量减小都会使CaCO3的结垢趋势增加；

（2）M油田水中Ca2+已过饱和，在生产过程中，井筒中会出现结CaCO3垢现象；

（3）建议在井下下入物理防垢器进行防垢，并预留化学药剂注入通道，在物理防垢器不能满足防垢要求的情况下，注入化学药剂进行防垢。

［1］ 殷艳玲.结垢对储层渗流能力的影响［J］.油田化学,2013,30（4）:594-596.

［2］ 姜伟,苑丹丹,董晶,等.大庆采油六厂三元复合驱油井输油管道结垢原因及除垢效果研究［J］.化学工程师,2013,（4）:39-41.

［3］ 王立,亓荣彬.油田水CaCO3结垢反应的计算与应用［J］.石油大学学报（自然科学版）,1996,20（1）:83-88.

［4］ 路遥,陈立滇.油田水结垢问题［J］.油田化学,1995,12（3）:281-285.

［5］ 王立.油田水结垢研究［J］.石油大学学报（自然科学版）,1994,18（1）:107-119.

［6］ 黄磊,汪伟英,汪亚蓉,等.结垢预测方法研究［J］.断块油气田,2009,16（5）:94-96.

［7］ 蒋伟,郑云萍,司先锋,等.油田水结垢预测研究综述［J］.特种油气藏,2006,13（5）:15-18.

［8］ 丁博钊,唐洪明,高建崇,等.绥中36-1油田水源井结垢产物与机理分析［J］.油田化学,2013,30（1）:115-118.

国际气体产业发展高峰论坛下月将办

气体圈子(第二届)国际气体产业发展高峰论坛将于5月16日在河北保定召开。此论坛由气体圈子与全国半导体设备和材料委员会气体分会共同主办。

据主办方负责人介绍，这是一场最"干货"的气体盛会，主要议题有：含氟气体的发展与机遇、C4F6和NF33、现代高纯气体制取、分析与安全技术、高纯二氧化碳的提纯技术、SF6和PF5市场分析、气体安全与案例分享、标准气体的生产、稀有气体市场分析、气体公司并购整合策略和案例、液氢在中国、干冰市场潜力分析、气体公司智能化管理方案、乙硼烷(B2H6)的生产和应用和中国硅烷的生产等。

会议期间，还将举办电子气的品质管理;电子气的检测;电子气的包装及运输;电子气的阀门和钢瓶选择等分论坛。

胀制冷机进料的重组分夹带问题，使膨胀机能够稳定工作，持续补充高效膜法回收挥发性有机物的重要目标--轻烃增收所需的冷量，实现了低成本、低能耗的轻烃综合增收，轻烃回收率高于90%，回收能耗降低20%以上。

据了解，相关技术已在中石化、中石油等30多个项目成功应用，投资回收期均少于1年，每年为国家产生经济效益5亿元。

Factors influencing the formation of calcium carbonates cale and prediction of scaling in offshore oilfields

WANG Ting-ting
（Northeast Petroleum University,Daqing 163318,China）

In this paper,aiming at the formation of calcium scale in the production process of offshore oil field,the scalingmechanism of oilfield water and factors affecting the formation of calcium carbonate scale are analyzed.Take M oil field as an example,the Stiff-Davis saturation indexmethod is used to predict the formation of scale,the stability index is greater than 0,so the calcium ion in the water has been saturated.The results show that calcium carbonate will form in the production process of M oilfield.Meanwhile,several feasiblemethods for scale prevention are put forward,thiswill provide reference for site construction.

calcium scale;calcium carbonate;saturation indexmethod;stability index;scale prevention

TE39

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170471

2017-02-17

王婷婷（1992-），女，硕士研究生，从事提高采收率技术研究。