注水系统高压电子防垢装置现场应用试验

卢思思（大庆油田有限责任公司第十采油厂）

从油田注水系统现有的防垢现状分析来看，一般采取主动和被动两种防垢措施。主动防治措施较少，主要是在部分水井上采用防腐油管；而被动防垢措施应用较多，主要是对结垢严重的注水井管柱和注水系统的地面管线采取高压射流除垢、在线化学清洗和清管器除垢的方法。这些防垢措施虽然效果较好，但也增加了生产成本[1-2]。

目前大庆高含水油田注水井的平均注入压力达到12.8 MPa，部分井结垢较为严重，阻碍了注入管线内水体的流通，为提高注入效果，将注入压力升至14 MPa以上，致使电能浪费较为严重。应用注水井高压电子防垢装置，其目的能最大限度地减缓水井地面管线和井下管柱的结垢速度，尤其是针对过饱和导致的CaCO3垢[3]，从而保证油田注水水质、注水量的需要。

1 防垢原理

高压电子防垢装置主要是利用电场的作用原理，通过改变水分子的物理结构和运动方式，使水中溶解盐的正负离子被单个水分子包围，使得运动速度降低，有效碰撞次数减少，静电引力下降，在受热面或管壁上难以结垢，从而达到防垢目的。同时，由于被处理的水中含有大量被激励的电子，对垢分子有破坏作用，使管壁内的积垢逐渐剥蚀、溶解、脱落，因此又具有除垢的作用[4]。

2 结构组成

注水井高压电子防垢装置主要由主机和副机两部分组成。主机部分包括电子发生器、指示灯、电源插座；副机部分由护盖、电极和机壳等部件组成（图1）。

图1 高压电子防垢装置

其中主机技术指标如下：工作压力为16 MPa，有效范围可达2500 m，适应水质总硬度为700 mg/L（以CaCO3计），输入电源为220 V/50 Hz，易损件的使用寿命能达到2年以上。

3 现场安装试验和性能效果分析

3.1 电子防垢装置的现场安装

电子防垢装置采用卧式焊接方式安装（图2）。该装置的径向接口与泵站来水口相焊接，轴向接口与高压汇管相焊接，从而对配水间高压阀组上的所有注水井的地面管线及井下管柱进行防垢保护。

图2 1#配水间实地安装

3.2 电子防垢装置的性能效果分析

3.2.1 具有防止和减缓结垢速度的作用

在1#配水间高压汇管上安装了1台高压电子防垢装置。为检查试验效果，在该装置运行17个月时，第三次将1#井的观察短接拆下，现场检查短接内壁光滑无垢；同时也将同步对比3#井的短接拆下，现场检查对比短接内垢厚为3～8 mm，垢质较硬，不易脱落。由此证明电子防垢装置具有防止和减缓结垢速度的作用。

3.2.2 使老垢变得疏松并具有除垢的作用

由改造下来的老管线结垢情况分析可知，没有安装电子防垢装置的管线结垢严重，井口短接安装处垢质粘连，拆卸十分困难，结垢厚度在8～10 mm之间；而安装电子防垢装置仅1年的管线，短接处易拆接，垢厚降至2～4 mm，垢厚度减薄了6 mm。从取下的垢样也可以看出，无措施管线内的垢样，垢质坚硬呈片状，采集困难，只能用金属利器才能将其敲下；而有措施管线内的垢样，垢质疏松、易脱落并呈颗粒或粉末状，极易采集。表明该电子防垢装置具有除垢的作用。

3.2.3 对注水系统的腐生菌具有较强的抑制作用

大量研究表明，细菌是造成油田管线腐蚀的主要因素[5]。油田注入水中含有一定量的腐生菌、硫酸还原菌等，在管线内壁固着造成管线腐蚀危害[6]。通过对源头、配水间和单井一条线的采样分析可以看出，腐生菌数量明显降低。由无措施前的40 000个/mL，降到有措施后的7000个/mL，腐生菌数量下降了33 000个/mL。因此，电子防垢装置对注水系统的腐生菌具有抑制作用。

从水样化验对比也可看出，由于降低了水中溶解盐的正负离子运动速度和碰撞次数，从而减少了H2S和Fe2+的反应，有效抑制了硫化物（硫化亚铁）的沉淀与腐蚀（表1）。

表1 注入水样化验数据

采用高压电子防垢装置的一次性投入费用低，每台5万元，现场应用耗电量低，输入功率为70 W。与化学药剂除垢相比，电子装置除、防垢不会因改变水质成分带来负面影响，减少了长期应用化学药剂的投资，现场管理十分方便，没有维护费用。

由于油田地理位置和结垢速度各不相同，建议在结垢严重区域的水井上应用电子防垢装置，减缓水井的结垢速度。在没有防垢措施区域的水井上可安装观察短接，监测各区域水井的结垢情况，为水井作业时间的确定提供详实数据。

4 结论

1）高压电子防垢装置具有结构简单，安装方便，使用寿命长，一次性投入费用低等特点，适用于油田对配水间所辖水井进行整体防垢保护。

2）现场试验表明，高压电子防垢装置可作为主动防垢工艺措施，对新井管线防止和减缓结垢速度的作用显著，对于已结垢的老井，可促使老垢疏松、脱落。

3）高压电子防垢装置对注入系统中的腐生菌具有抑制作用。