浅谈油气开采过程中的除垢方法

刘如斯，盖洁超

（西安石油大学，陕西西安 710065）

随着油气开采的持续推进，我国众多油气田的开采均进入了中后期，部分油气田为达到其增产的效果，采用注水等开采方法，伴随而来的是油气井管柱以及油气集输管道严重的结垢问题，反而会适得其反。因此，如何在不影响产量以及保护环境的前提下进行除垢成为了近些年专家学者的研究方向。就目前来看，在油气开采的过程中主要除垢方法有：机械法除垢、物理法除垢、化学法除垢。

1 机械法除垢

机械法除垢一般被认为是出现比较早的除垢方法，其原理为针对一些无法进行酸洗的油气井，利用机械钻具来清除管壁上的垢，再通过冲洗将垢带到地面上的过程。目前的研究旨在改进传统的机械除垢方法，简化除垢过程，减少人力、材料、经费的使用，改善化学除垢带来的环境污染问题，在现如今的可持续发展社会是很有发展必要的。

在2005年，M.H.V.Quiroga等[1]针对巴西海上油田清除硬质水垢时使用的机械法进行了深入的研究。巴西的一些投产较久的油田产生硫酸钡之类的硬水垢问题较为恶劣，严重影响了产量。现场试验并研制出一种新型的喷砂技术，主要针对清除硫酸钡等硬质水垢有很好的效果，并且通过添加一个修井时使用的四项分隔器就很好的解决了除垢结束后有关碎屑物返排的问题，在现场得到了很好的应用，并且带来了较好的经济效益。

李文亭等[2]在2010年研制出了新型油管除垢装置，既可以针对油管内壁的水垢采用机械刀具进行高速刮削清洗，又可以利用常温水清洗外部的锈污。该除垢装置使用方法简单，并且可以带来极好的效果，具备很好的经济前景。刘争芬等[3]在2015年改良了传统机械除垢的缺点，采用的三翼合金除垢磨鞋和液压电动机这两个亮点辅助传统机械除垢系统配合1%的KCl溶液及少量泡排剂，有效的提高了气井的产量，相比之前的机械除垢技术，效果更为显著。同年，黄伟[4]针对注水管壁的碳酸钙垢的切削除垢技术进行了试验，并设计了符合现场要求的切削装置，有较好的应用前景。

唐珂等[5]在2018年研制出了新型的多种功能的专用除垢器，主要针对进入注水开采中后期的吉林油田，更换传统刀头为可以灵活转动的活动型刀头，利用重力，在井下自动的转动同时将井壁上的垢污除下。新型的除垢器在现场应用时增快了工作的效率，节约了作业的费用，具有很好的使用价值和经济效益。

2 物理法除垢

物理法除垢主要的除垢原理是运用超声波技术变更流体的频率或者电磁学技术来进行除垢。物理法除垢的优点在于操作方便，并且对环境没有污染。除了可以除去垢物以外还可以有效的防止垢的二次产生。国内对于磁处理或者声波处理的技术起步比较晚，但这两项技术均有着巨大的影响意义，着实值得我们为之深入研究。

在利用电磁波除垢方面，张怡焉[6]在2015年针对碳酸钙垢改良设计了电磁防垢除垢的装置，通过单片机所产生的电磁波，来改变流体中的部分离子之间的连接方式，因而改变垢的产生方式，起到除垢防垢的作用。在实际应用中有着较好的效果。王金燕等[7]针对输油管线采用电磁除垢技术筛选出了最优的除垢参数，并且针对现场设计了具有无污染节能等特点的电磁除垢的装置，为技术人员在日后的物理除垢方面的研究提供了数据辅佐。

在利用超声波除垢方面，杨光等[8]在2017年针对管道除垢方面优选出了效果最好的频率并且模拟超声波，设计出了除垢装置。经试验该装置在5 min，48 kHz的超声波频率下，除垢率最高。叶鹏等[9]针对硫酸钡垢进行了超声波除垢试验，优化出了超声波最佳除垢时间、频率、温度等，为超声波除垢的后期研究提供了数据依托。

杨晓云[10]分别研究了超声波和电磁波除垢的机理以及影响因素，同时确定了最优参数；对超声波电磁波混合场除垢的方式进行挂片试验研究，得出混合场除垢的效果更加突出的结论，并且对环境的污染有所减轻。

3 化学法除垢

化学法除垢一直是国内外使用较多、发展较为成熟的一种除垢手段。其原理即为利用化学试剂与设备上的垢发生化学反应，使垢从设备上软化、剥离从而起到除垢的作用。究其缺点在于先期并没有把环境保护考虑其中，对地层和环境造成了很大的污染。目前人们的研究方向主要是在保证除垢剂高效的同时，还需要同时具备绿色、环保、无污染等特点。

韩丰泽等[11]于2003年对注水管线中所取的垢样进行了分析显示：结垢厚度为15 mm～25 mm，含有51.25%的碳酸钙以及少量的氧化铁、碳酸铁等。水样分析为：pH值7.5，其中二氧化碳、硫化物的含量以及细菌的含量均已超过了国家标准。他们使用浓度在10%～12%的HCl为主液，并且向其中添加2.5%的缓蚀剂以及3%H2S抑制剂作为清洗剂，使用6%的NaOH作为残液中和剂，并添加钝化液。这种方法不仅很好的解决了结垢问题，并且增强了管线的抗腐蚀能力。

随着酸性除垢剂的不断发展，人们日益把改进的目光投向了添加剂是否环保这一方向。以往常用的一些无机物类缓蚀剂虽然具有较好的缓释效果，但多为有毒有污染的试剂，不符合当代发展要求。研究人员倾向于使用一些绿色环保的有机试剂来作为缓蚀剂，或者在除垢主酸中添加起泡剂，在除垢性能不变的前提下，减缓酸液对于管壁的腐蚀。

孙莉[12]于2008年针对坪桥油田结垢的主要特点，采取预防为主的原则，除垢缓蚀剂方面选择了具有缓蚀防垢性能并存的聚天冬氨酸试剂，与柠檬酸合成了具有绿色环保功效的缓蚀阻垢剂：聚天冬氨酸的衍生聚合物，并将其与一定浓度的盐酸，乙酸，乌洛托品复配，形成新型溶垢剂。该溶垢剂不仅在缓蚀溶垢方面表现显著，也可以有效的预防垢的生成，将除垢和阻垢很好地结合了起来。

任晓娟等[13]在2018年根据鄂尔多斯煤层气开采过程中的井下管柱结构严重的问题，通过室内试验筛选出了泡沫酸体系用于除垢，采用12%的HCl添加起泡剂、稳泡剂、缓蚀剂。试验证明温度对于泡沫酸系统的影响较小，很适合现场使用。泡沫酸不仅在缓蚀方面表现良好，相比常规酸液，在返排方面也有极强的能力。该体系已在现场得到了广泛的应用，并取得了很好的除垢效果。

钱慧娟等[14]针对使用酸性除垢剂时出现的弊端进行了分析和研究，并结合现场垢质的成分分析，研制出pH值大于9的对于井下设备无腐蚀的碱性除垢剂。该碱性除垢剂除除垢的主剂以外还添加了可以降低油水界面张力的表面活性剂、起到降黏作用的分散剂等添加剂。碱性除垢剂可以很好地解决酸性除垢剂带来的二次结垢，腐蚀等弊端，扩大了其适用范围，在酸性除垢剂无法使用的螺杆泵驱油井中也同样适用。但在除垢时间较长，长时间的关井对于产量有着一定的影响，在此方面仍有很大的改进空间。

除了酸性、碱性除垢剂以外，研究人员在无酸体系上也进行了一系列的探索和试验。张博等[15]针对印尼某油田由于油田的开采进入中后期加之其独特的TalangAnkar砂岩组而产生的严重的结垢现状，研制并应用了一种无酸除垢体系，采用EDTA来代替常用的盐酸、硝酸、土酸，加入其他添加剂，分散剥离污垢，并通过螯合作用，在稳定剂的作用下，使易成垢离子的数量得到减少。该无酸除垢剂在现场得到了很好的应用，有着明显的除垢和减速作用，其缺点在于除垢的时间较久，是需要进行后期完善的地方。

4 结语

随着油气开采技术的快速发展，除垢的方式也相继变得越来越多样化。在使用除垢方法时应该根据现场的实际情况，筛选出合适的除垢体系。就目前来看化学法除垢仍是使用较多的一种方法，如何研制出更安全环保绿色无污染的除垢添加剂，是科研人员日后应该为之解决的重要问题。同时在物理法除垢以及机械法除垢方面要针对前人研究出来的数据结果考虑到局限性和前瞻性进行更深入的研究，旨在高效除垢的同时注重对于环境以及开采设备的保护，达到除垢与防垢相结合。经济效益也是不可忽视的一个问题，切不可因为一味地追求高效而忽略了经济效益，要改进一些除垢方法除垢时间过长这一缺点，在尽量缩短关井时间不影响生产的前提下，进行全面除垢。油气开采过程中的结垢问题仍为目前待解决的一大问题，由于成垢原因各不相同，需要有更多的应对方法，从源头上解决这一棘手的问题，使产量得到进一步的提高，增加各大油气田的经济效益。