油田开发中结垢原因分析及治理对策探讨

丁亚玲

【摘 要】油田开发过程中，油藏中的流体（油、气、水）从油气层中流出，经油井井筒、井口到地面集输系统，由于温度、压力和油气水平衡状态的变化，容易发生无机盐类的沉积，生成垢，结垢现象的发生，给油田正常生产带来许多不利影响，轻者使产量降低，重者造成停产，甚至引发安全事故。因此，研究结垢的原因与治理对策，具有十分重要的现实意义。

【关键词】油田；结垢；原因分析；治理对策

一、油田结垢的原因分析

油田生产过程中，压力、温度的变化或不相容的水相混合，会造成地层、井筒和管线表面结垢，影响原油生产。

（一）水中杂质沉积结垢。水中杂质主要集中在注水井、回注水输水管网等温度相对低的地方，注水井自上而下，结垢现象逐渐增强，而腐蚀产物的结垢因素相对递减。

（二）地层水中含有高浓度易结垢盐离子。在采油生产过程中油田压力、温度或水成分变化改变了原先的化学平衡而产生垢，主要垢成分是碳酸钙，可混有碳酸镁、硫酸钙/镁等，我国陆上油田结垢大都由此引起。二是两种或两种以上不相容的水混合，结垢离子相互作用而生成垢，最为常见的有硫酸钡和硫酸锶垢。特别是海上油田注海水开采过程中，地层水常含有钡锶离子，而海水含有大量的硫酸根离子，两者混合产生难溶的硫酸钡锶垢。

（三）硫酸盐析出结垢。部分油田水型为硫酸钠型和氯化钠型，主要产生硫酸钙结垢，原因是钙离子与硫酸根离子结合产生硫酸钙，造成硫酸钙垢，油井产生硫酸钙垢的主要部位井筒底部的套管内壁和油管外，地面站则收球筒和总机关出为主要结垢地点。

（四）压力、PH、温度的影响。碳酸钙的溶解度与温度、PH值和二氧化碳的分压有关，温度越高、升高PH、二氧化碳分压越小，碳酸钙的溶解度就越低，二氧化碳的分压影响更为重要，如果其降低，碳酸钙沉淀可以产生在系统的任意部位。降低PH则可以使碳酸钙溶解度增大，大大减弱了成垢趋势。

（五）注水高矿化度、高硬度。由于油田开采的地理条件往往比较复杂，使得不得不少注水开发的油田注入水的水质存在硬度和碱度都偏高的问题，随着油田开采工作的不断深入，油田的地层压力和地层温度都会不断的下降，这种环境的变化会使水中的矿物质大量的析出，最终产生大量的无机盐结垢。

（六）胶质、沥青质及蜡形成的有机垢。存在原油中重油部分的胶质、沥青质、蜡，在输油管道中流动时，随着管道周围温度、压强的下降以及轻质碳酸钙不断的逸出，在原油的溶解能力会不断的下降，从而会开始结晶、析出、聚集，最终附在管道上形成有机垢，造成输油管道阻塞，对产油量产生直接影响。

（七）细菌堵塞地层。细菌堵塞地层主要有两种形式，一是：细菌自身利用所处的有利条件进行大量的繁殖，最终形成菌落阻塞地层；二是：细菌的代谢产物，造成地层阻塞。会造成地层阻塞的细菌种类会因地层的结构、成分的不同而不同，如在长庆油田地层中的主要是硫酸还原菌，而在纯梁油田地层中主要是铁细菌。

二、油田结垢的危害

垢内通常含有腐蚀产物（如碳酸亚铁、硫化亚铁等）以及在一定条件下析出的盐（如氯化钠等）。结垢对油田生产的影响包括：①油层及近井地带结垢，会堵塞油气通道，降低油层渗透率，使油井产液量下降（低渗透油田更加严重）；②井筒结垢，会增加抽油杆的负荷，降低泵效，或者造成卡泵现象；③集输管道和设备表面结垢，会造成垢下腐蚀，甚至穿孔；④注水系统结垢，使注水压力上升，能耗增加而生产能力降低。传统的控制碳酸盐垢的方法主要是酸洗，劳动强度大，对管柱和设备有损害，且酸液排放是环境保护的一大隐患。钡锶垢坚硬难溶，酸洗无效，大都采用防垢技术来控制。

随着油田注水开发的不断实施，我国各大油田产出液的含水率越来越高，油水井及管输系统的结垢问题也越来越严重。结垢造成生产管线或设备堵塞，产液量下降，严重时造成抽油杆拉断，油井关井，甚至报废。目前国内应用较多的化学防垢技术主要是酸洗法和投加防垢剂法（包括向油管或油套环空连续注入防垢液和向鼠洞或井底投加固体防垢块两种方式）。酸洗法防垢有效期短，返排液还会对环境造成污染。连续注入防垢液对泵的要求较高，且操作复杂；投放固体块同体防垢块的溶解速度不易控制。

三、治理对策探讨

（一）控制物理条件。成垢离子浓度、PH、水中含盐量、压力、温度以及管线形状、水的流动状态等条件都会影响油田结垢，控制和改善其中的一些条件就可能减小盐垢的析出程度，减少垢的形成，同时应该增加水的流速，输油管道内壁应该增加光滑程度并施以涂层。

（二）除去成垢物质。一般的工业循环水，经过软化水的方法可以大幅度减少成垢离子，对于碳酸根离子及碳酸氢根离子，采用换热器、降低水的PH则可以使其变为二氧化碳气体，再采用真空法或气提法除去二氧化碳，可以有效的抑制碳酸钙垢的形成。

（三）避免不相容的水的混合。不相容水指水混合后会产生不溶性的物质，所以声场过程中尽量避免不相容水混合可以有效减少垢的生成，对于可能引起结垢的套管损坏井的不同层位井水互窜的情况，应该使用隔水采油工艺。对于注入水与地层水不相容的情况，则应该选择优质的水。同时应将清水和污水分别注入，避免发生腐蚀与结垢问题。

（四）使用防垢剂。目前油田控制结垢措施最常用的是防垢剂，这种方法方便快捷，容易实现，但是使用时需要合理的选择，目前主要的防垢剂有有机膦酸盐（脂）类、高分子聚合物及其衍生物、有机膦酸盐与聚羧酸盐复合类、有机膦羧酸等。兼具防垢、防蜡功能的固体防蜡块，使用时，将防垢块填装到一种自制的防垢工作筒中，下入井中，工作筒连接在筛管的上部、抽油泵的下部，当有液体流过的时候，防垢剂以及防蜡剂溶于水和油当中，有缓慢溶解、有效期时间长等特点。这项技术的实施，大大延长了检泵周期、减缓了油井的结垢。

（五）周期性滴入化学防垢剂。对于已经结垢的井筒，可以在井筒的环形空间、筛管的上部、以及油泵的下部，周期性的滴入化学防垢剂，化学防垢剂融入水中后就会对碳酸钙等多种有机垢，起到分解消除的作用。

（六）改变注入水的性质。对于容易出现结垢问题的注水井，可以在注入水中加入改性剂，使水的PH值和硬度降低，这样就可以有效的防止显弱碱性的注入水与地层酸性水融合而发生化学反应，形成各种有机垢。除此之外，在注入水中加入化学改性剂，还可以杀灭水中的各种细菌，对细菌的生存环境造成破坏，防止其進行大量的繁殖，从而使管道的腐蚀受到抑制。

（七）超声波除垢。超声波具有传播方向性好，穿透力强、能量不易衰减等特点，利用超声波除垢可以同时产生机械作用、空化作用以及热作用。当超声波在液体介质、垢物、管壁这三者之间传播时，由于存在速度差会在三中不同介质的表面形成一种强大的剪切力，这种剪切力会使垢物的附着力大大的降低，最终达到使垢物逐渐脱落的效果。

四、结语

综上所述，油田由于结垢不仅造成原油产量降低，给油田正常生产带来许多不利影响，轻者使产量降低，重者造成停产，甚至引发安全事故。同时使工人的工作量大大的增加。因此，我们很有必要对油田油水井的结垢成因进行详细的了解和分析，并要结合实际情况，制定出一系列的除垢防垢方案，将结垢给油田开发带来的不利影响降到最低。

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