高尚堡区块油田磁化阻垢实验研究

范旭，王朝阳(.中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司，天津 30045；.中国石油集团西部钻探工程有限公司试油公司，新疆 克拉玛依 834000)

0 引言

油田结垢在油田生产中是一个很普遍的现象，结垢会造成油气通道堵塞、油层渗透率降低、产液量下降、油井生产能力降低、采油率降低，从而给油气的开采和集输带来一系列的难题。对水垢的组成、预防及水的软化，已经有了大量的研究，并找到不同的化学和物理防垢方法[1]。油田结垢不仅加速管道的腐蚀、降低油气的开采效率、严重影响产能，而且结垢会造成设备堵塞，从而影响热交换器的工作效率，在经济上带来相当大的损失[2]。

然而，若向油田污水中加入化学药剂进行除垢、阻垢，不仅会增加企业的生产成本，而且还会导致环境污染。因此我们提出油田污水的磁化阻垢技术，但与工业污水不同的是，油田污水中具有更多的细菌、残油等物质，而且阻垢效果随着磁处理过程中的因素的差异而发生变化，因此为提高磁处理效果需要对其工况和介质进行量化研究。

1 高尚堡区块油田磁化阻垢现场实验及探究

油田污水除了具有和工业循环冷却水相同的溶解气、pH值、离子含量及悬浮物等的指标参数外，而且还含有大量细菌，以铁细菌(FB)、硫酸盐还原菌(SRB)、腐生菌(TGB)为主，另外油田污水中还含有大量的浮油和残油。2012年以后，高尚堡区块多口注水井在进行作业时会发现程度不等的结垢情况，尤其在油管内壁结垢比较严重[3]。

根据油田磁化阻垢的基础参数(磁化阻垢装置的磁场强度、磁处理次数、磁处理时的温度)和工艺指标参数(阳离子含量、阴离子含量、pH值、残余油含量和细菌含量)，对高尚堡区块油田污水进行磁化阻垢现场试验探究，采用控制变量法和挂片法，最后得出磁处理油田污水水质推荐指标。

1.1 磁场强度指标确定

在90℃、磁场强度分别为100 mT、200 mT、300 mT、400 mT、500 mT、600 mT和700 mT的磁场条件下，对Ca2+、Mg2+阳离子含量为400 mg/L，CO32-、SO42-阴离子含量为1 500 mg/L，pH值为8，所含残油量约为20 mg/L的溶液进行3次循环处理，磁场方向垂直于溶液流动方向。实验结果如表1所示。

表1 不同磁场强度下的阻垢率

由此可以看出，磁场强度在0～500 mT时，磁场强度越强，阻垢效果越好。500 mT之后，随着磁场强度的增大，阻垢效果反而降低。

1.2 磁处理次数指标的确定

现采用磁场强度为500 mT的磁场，同样在90 ℃条件下，对与上一实验相同参数相同的溶液分别进行1次、2次、3次、4次和5次循环磁处理，保持磁场方向与溶液流动方向垂直。实验结果如表2所示。

表2 500 mT磁场强度条件下，不同磁处理次数的阻垢率

由此可以看出，磁处理次数越多，阻垢效果也就越好。为了达到更好的阻垢效果，建议磁处理次数要在3次以上。

1.3 磁处理温度指标的确定

采用磁场强度为500 mT的磁场，分别在温度为30 ℃、50 ℃、70 ℃、90 ℃和110 ℃条件下，对之前实验相同参数的溶液进行3次循环磁处理，磁场方向同样与溶液的流动方向垂直。实验结果如表3所示。

表3 500 mT磁场强度条件下，不同磁处理温度的阻垢率

由此可知，随着温度的增加，阻垢效果越来越好。但考虑到能量的浪费问题，建议磁处理的温度在90 ℃左右为宜。

你也许会说，既然“末”表示“最后”，反义词自然就是表示“最前”的“首”啦！没错，“首”和“末”确实是一组反义词，只不过这是后来引申出来的。

1.4 溶液中Ca2+、Mg2+含量的确定

现采用磁场强度为500 mT的磁场，在90 ℃条件下，分别对C、S阴离子含量为1 500 mg/L, pH值为8，所含残油量约为20mg/L, Ca2+、Mg2+阳离子的含量为50 mg/L、100 mg/L、150 mg/L、200 mg/L、250 mg/L、300 mg/L、350 mg/L和400 mg/L的溶液进行3次循环处理，磁场方向垂直于溶液流动方向。实验结果如表4所示。

表4 不同Ca2+、Mg2+含量下的阻垢率

由此可知，随着溶液中Ca2+、Mg2+含量的增加，阻垢率先降低后增加，在250 mg/L时阻垢率最低。又考虑到控制溶液中Ca2+、Mg2+含量太低的难度，建议将Ca2+、Mg2+含量控制在350～400 mg/L。

1.5 溶液中C、S含量的确定

现采用磁场强度为500 mT的磁场，在90 ℃条件下，分别对阴离子含量为300 mg/L、500 mg/L、700 mg/L、900 mg/L、1 100 mg/L、1 300 mg/L、1 500 mg/L、1 700 mg/L和1 900 mg/L, pH值为8，所含残油量约为20 mg/L, Ca2+、Mg2+阳离子的含量为400 mg/L的溶液进行3次循环处理，磁场方向垂直于溶液流动方向。实验结果如表5所示。

表5 不同C、S含量下的阻垢率

表5 不同C、S含量下的阻垢率

CO3 2-、SO42-离子含量/(mg/L)Ca2+、Mg2+含量/(mg/L)pH值 阻垢率/%300 400 8 66.36 500 400 8 72.30 700 400 8 74.35 900 400 8 83.75 1 100 400 8 90.67 1 300 400 8 91.12 1 500 400 8 91.67 1 700 400 8 82.13 1 900 400 8 76.25

1.6 溶液pH值的确定

现采用磁场强度为500 mT的磁场，在90 ℃条件下，对Ca2+、Mg2+阳离子的含量为400 mg/L，C、S阴离子1 500 mg/L，所含残油量约为20 mg/L, pH值分别为6、7、8、9、10、11和12的溶液进行3次循环处理，磁场方向垂直于溶液流动方向。实验结果如表6所示。

表6 不同pH值下的阻垢率

由此可以看出，随着溶液pH的增大，阻垢率先增大后减小，在9～10左右取得最大值。另外考虑到避免发生酸性腐蚀，建议溶液的pH值应不小于7，最佳区间为8～10。

1.7 溶液含油量的确定

现采用磁场强度为500 mT的磁场，在90 ℃条件下，对Ca2+、Mg2+阳离子的含量为400 mg/L，C、S阴离子1 500 mg/L，所含油量分别为0、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L和50 mg/L，pH值为8的溶液进行3次循环处理，磁场方向垂直于溶液流动方向。实验结果如表7所示。

表7 不同含油量的阻垢率

1.8 磁处理杀菌时间的确定

现采用磁场强度为500 mT的磁场，在90 ℃条件下，对上述中所述溶液进行杀菌处理，杀菌的强弱用灭菌率来量度，实验结果如表8所示。

表8 不同杀菌处理时间下的灭菌率

从上面表中可以看出，15分钟时灭菌率就达到了68.32%，90 min后灭菌率就达到了91%，因此建议杀菌处理时间不少于90 min。

2 现场实验效果及评价

采用以上工艺指标对高尚堡区块油田注入水进行了磁化处理，将处理后的水注入地层，与未处理的注入水直接注入地层进行效果对比。经过3个月，未经处理流经的加热炉出口管线结垢10 mm左右(如图1所示)，而经过磁场处理注入水流经的加热炉出口管线并未发现明显结垢情况(如图2所示)。据此可知，按照上述工艺指标油田注入水进行处理，确实能够达到明显的阻垢效果。

图1 未处理的注入水流经的管线

图2 经处理的注入水流经的管线

3 磁处理油田污水水质推荐指标

结合SY/T 5329—2012 《碎屑岩油藏注水水质推荐指标》及GB/T 50050—2017 《工业循环冷却水处理设计规范》，综合1.1中对各指标的分析确定，可以得出磁处理油田污水水质推荐指标，如表9、表10所示。

表9 基础指标参数

表10 工艺指标参数

4 结语

(1)对磁化阻垢机理系统研究后，发现磁化阻垢技术不仅可以提高对碳酸钙垢和硫酸钙垢等微溶盐类的溶解度，同时可起到降低油滴粒径和杀灭细菌的作用，因此可用于油田污水处理。

(2)经过磁场磁化后的水会表现出电导率升高，表面张力与黏度增大，对NaCl、Ca(HCO3)2等及气体的溶解能力有所提高，封闭系统条件下pH值升高等物理化学性质的变化。

(3)针对油田污水的工艺指标参数分析。阳离子方面，控制Ca2+、Mg2+及Fe2+含量；阴离子方面，对含C的体系的作用要比含S的体系的作用效果好；为了避免发生酸性腐蚀，pH值应控制在7～11之间；油田污水中的残油和细菌也会对磁化效果产生影响。

(4)未来应进一步研究磁处理油田污水阻垢的理论技术在原有技术工艺改进的同时增加新的技术，如机器学习和大数据技术，提出一套适合于油田污水磁处理的水质指标参数体系，加速该技术在石油行业的推广应用。