浅谈防垢管在大庆油田注采生产中的作用

何德江

（大庆油田创业金属防腐有限公司，黑龙江 大庆 163412）

注水采油技术（简称水驱）和注聚合物采油技术（简称聚驱）是大庆油田目前提高原油产量的主要方法，但由此而造成井下管柱和输油管线的腐蚀及结垢问题，一直是困扰油田注采生产过程中的顽疾，每年因腐蚀结垢报废更换的管柱、管线，影响作业和生产，直接、间接的损失大，因此，针对油田水驱聚驱过程中的防腐防垢技术措施之一钛聚合物防垢管（简称防垢管），正符合油田注采生产的需要，极大地缓解了腐蚀、结垢造成的危害。

1 防垢管的防腐作用

油田注水管道的腐蚀符合金属腐蚀的一般规律，主要因素有pH值、溶解氧、CO2、H2S、溶解盐、细菌温度等，这些因素易与管材形成FeCO3、Fe(OH)2、Fe2O3等腐蚀产物，而防垢管恰恰有较强的防腐性能。

（1）抗渗透能力强。一是涂料中的填料与树脂分子之间化学键合与化学吸附相结合，阻塞了腐蚀介质渗透通道。二是微小的钛纳米聚合物具有填充空穴的作用，且不溶于水，水、氧和其它离子渗透路线延长。钛纳米聚合物比表面积很大又有化学作用，所以加入少量就能起到显著的抗渗透效果。三是钛纳米聚合物有憎水性，通常的极性介质和离子很难通过涂膜。因此钛纳米聚合物涂层较普通涂层耐沸水性高，抗渗透性强。

（2）附着力高。附着力是涂层发挥保护、装饰及特殊功能的关键性能。涂膜本身即使具有优良物理化学性能，若不能和底材或底层牢固黏结，就没有实用价值。附着力由机械结合力、化学键和分子作用力组成。钛纳米粒子高活性悬空键，以化学键合和化学吸附的形式与聚合物配位，同时将聚合物闭环打开，形成开环的羟基与醚键进一步与树脂进行化学键合与化学吸附，并形成新的活性开环。与基材表面发生化学键合与化学吸附。涂料中成膜树脂固化时体积收缩小，内应力小。树脂中的醚键分子链柔软便于旋转，可消除内应力，所以附着力高。

（3）耐腐蚀性能好。一般涂层的破坏都是由于腐蚀介质沿分子和填料间的界面或树脂分子间的界面而进行的，钛纳米聚合物涂料用化学键合与化学吸附阻塞了这些通道。涂层抗渗透能力强，减缓腐蚀速度。钛本身耐腐蚀性好。化学键合与化学吸附作用，阻止水、氧及其它腐蚀介质的取代作用，使其不能在管材表面发生腐蚀反应，所以耐腐蚀性能好。

2 防垢管的防垢作用

（1）水驱井垢的生成。水驱井的注水来源一是采出井采出液的油水分离，二是城市污水的简单处理后。采出液油水分离后，水的矿化离较高，含有大量的成垢阳离子Ca2+、Mg2+、Ba2+，而城市污水中则有一定量的成垢阴离子、，二者相遇后则产生下列成垢反应：

（2）聚驱井垢的生成。聚驱采油现已发展成三元复合驱采油，三元复合驱是由一定比例的聚合物，碱、表面活性剂与水按比例配置后注入井中，三者协同作用可提高驱油效率，但由于碱的加入，则容易与井液中的Ca2+、Mg2+离子生成下列垢：

同时由于pH值升高，地下岩层被大量溶解，使得井液中成垢阳离子Ca2+、Mg2+、Ba2+及成垢阴离子浓度增加，加之油田水体系中、-等阴离子存在，则极易生成下列垢：

（3）防垢作用。①防垢管的抗粘附性。防垢层厚，微小钛纳米聚合物填料填充作用使表面光滑度很高且致密，对于粘性较高的三元聚驱液具有较强的抗粘附性强，防止形成结垢核心，使得成垢离子及杂质难以沉积。②防垢管的难润湿性。不同材质的物体表面，有不同的润湿物性。光管表面润湿角小于90°，润湿角小，晶体形成的核能量越小，易形成晶核，进而形成垢晶体。形成的垢晶体也易于粘附，结垢趋势越大。选用的钛金属涂料涂层表面能低，润湿角大（达到145°），防止三元液在其表面铺展，进而防止结垢。③防垢管的磁性防垢作用。填料中的金属钛聚合物具有特殊的磁性与化学结构，涂装后的表面，一方面能对污垢粒子整形使其排列整齐，不形成结垢质分子交错穿插的硬垢；另一方面排斥污垢粒子，使其不能粘附到涂层表面上，达到防垢的功能。

3 增注作用

我们知道，在油田水驱、聚驱采油生产中，会产生注水和注聚过程中较大的压力损失，又叫压头损失。主要是由于注入的水与油管管壁之间、水流与水流之间、聚合物与管壁间、聚合物与聚合物之间有摩擦力，消耗能量，叫做因“沿程阻力”而造成的压头损失。同时，注入的流体在经过油管的接箍处时，会产生漩涡，漩涡也消耗能量，这种“局部阻力”造成的压力损失也是较大的（大庆油田一口注入井的接箍差不多为120个）。并且，随着注入量的增大，沿程阻力和局部阻力损失增加造成的压头损失也在增大。

（1）注水在2．5英寸油管内流动状态的确定。当注水量为m3/d时，在2．5英寸油管（直径D=65×10-3m）中流速由下式确定：

式中，V为注水速度，m/s；Q为日注水量，m3/d；D为管径，m。

流体的雷诺准数由下式确定：

式中，Re为流体的雷诺数，无因次；D为管径，m；γ为水的运动粘滞系数，m2/s。

对水温取其平均值为40℃，查的γ 40℃=0．659×10-3m /s。取不同的注水量，按（1）和（2）式计算注水速度和雷诺数，当注水量大于25m3/d时，雷诺数就大于2000，流体力学已经证明这样的流体流动时处于紊流态，紊流态流体具有切应力效应。因此，这样的流体在管中流动时，管壁必然具有阻力作用，其结果降低了流体的力量。

做简单注水试验，并列两排600m长的防垢管线和未防垢管管线，分别在注入口和流出口装上压力表，分别记录进水口和出水口的压力表读数，见表1。

表1 防垢管与普通管实测的压力损失对比

数据分析：从测的结果看，相同注入量下防垢管的磨阻损失都小于未防垢的管。但注入量较小时表现不明显。当注入量分别为 17．7m³/d和 36．3m³/d时，防垢管比未防垢管可降低磨阻分别是35%和55%。

应该指出的是，由于实验场地不是绝对水平，因此表中所测数据的绝对值意义并不大，但是由于防垢管和未防垢管并列放置，处在相同条件下，又是用相同的压力表（精度压力表）测的，所以具有可比性，即它们的相对值比较有意义。

4 结语

（1）防垢管由于有较强的防腐性能，使用后可延长油管使用寿命4～6年，可节约管材折合重量（按年使用2000km计算）4000余t/a。

（2）防垢管由于是有机高分子聚合物，表面张力小，难浸润，抗沾粘，并且根据分子基的相性选择，内表面与溶有成垢离子的水界面疏而不亲，大大降低了管柱结垢的可能性。

（3）防垢管比普通管降低磨阻50%左右，减少压力损失平均为0．25MPa，全油田注水系统每降低0．1MPa的压力就可节约几百万kW·h的电。其次，防垢管极大地降低了注水磨阻，相对提高了注水压力，增加了注水量，节约了注水系统的能耗，提高了产液量。

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