污水集輸管網結垢因素分析與防垢措施

馬繼良

摘 要：油田經開采開發，采出液綜合含水體積分數上升，油田開發初期配套的集輸系統已遠不能適應目前的開發需要。調查數據分析表明，今后將有相當數量的加熱爐、容器、各類機泵的使用年限過長，維護和改造的工作量將逐年增加；在役管道的腐蝕結垢情況比較嚴重，穿孔和漏油事故頻繁發生，待維護和更換的工程量逐年增加；很多集輸設備都是依據當時的情況配置，腐蝕、結垢現象嚴重，現場維修改造周期短，造成大量集輸設備利用率和使用效率不高。油田自開發以來，修復改造了各類腐蝕結垢集輸管道，主要原因之一就是來自不同油井、計量站和聯合站的高含水原油中成垢離子含量不同，水型各異，混輸后不配伍，產生了嚴重的管道結垢堵塞。

關鍵詞：油田；集輸系統；結垢；配套技術

油田集輸系統結垢在油田開發過程中是一個普遍存在的問題。本文對油田集輸系統腐蝕結垢的機理和原因進行了分析。油田地層水礦化度高和成垢離子含量高為結垢的產生提供重要的物質基礎，是集輸系統產生難溶結垢的主要原因，對此提出了一系列防治集輸系統腐蝕結垢的綜合配套技術措施，可以有效地延長集輸系統的使用壽命，提高油田綜合效益。

一般情況下，集輸系統結垢可分為三個階段：垢的析出、垢的長大和垢的沉積。集輸系統管線、設備表面凹凸不平，是微觀的毛糙面，垢離子會吸附在壁面，以其為結晶中心，不斷長大，逐漸成為堅實致密的垢。在油田水中，水垢的形成過程往往是一個混合結晶的過程，水中的懸浮粒子可以成為晶種，粗糙的表面或其他雜質離子都會起到強烈的催化結晶作用，使得溶液在較低的飽和度下就會析出結晶。

1腐蝕結垢機理分析

垢物一般都是具有低溶解度的難溶或微溶鹽類，它們具有固定晶格，單質垢物致密且堅硬。垢物的生成主要決定于鹽類是否過飽和以及鹽類結晶的生長過程。兩種化學性質不相溶的液體混合，因為含有不同種類離子或不同質量濃度的離子，就會產生不穩定的且易于沉淀的物質。在集輸系統中，垢物的形成過程往往是一個混合結晶的過程，原油中含有大量的水，水中的懸浮粒子可以成為晶種，粗糙的表面或其它雜質粒子都能強烈地催化其結晶過程，使得溶液在較低的飽和度下就會析出結晶。

2腐蝕結垢原因分析

從近年來集輸系統維修及更新過程中發現的情況分析，含油污水高礦化度、高含砂量、富含成垢離子、異型水混輸、輸液介質及壓力溫度變化等多種因素是造成集輸系統腐蝕結垢嚴重，使用壽命縮短的主要原因。

2.1污水礦化度高導致電化學腐蝕嚴重

采出液中含油污水不僅礦化度高，成垢離子質量濃度高和pH值低，而且含有二氧化碳以及硫酸鹽還原菌等。這些因素使污水介質成為了腐蝕性極強的介質，使得輸液介質電導率高，電化學腐蝕嚴重，特別是在設備焊接部位，因材質不均勻形成原電池，造成陽極區金屬溶解，導致設備焊接部位穿孔頻率較高。

2.2采出液中的砂造成磨損和腐蝕嚴重

很多油藏地層膠結疏松，出砂量大，采出液中綜合水的體積分數高，因而攜砂能力降低。在集輸過程中，采出液與集輸系統內表面摩擦磨損，磨損使集輸系統內表面產生熱能，從而使集輸系統表面鐵分子活化，而采出液含有大量高礦化度的水，具有強腐蝕性，使磨損處優先被腐蝕。

2.3磨損腐蝕結垢三者協同作用

集輸系統中的腐蝕產物導致管材表面粗糙度增大，易于沉淀物附著。因此，腐蝕的影響也是結垢的重要原因。由于磨損使集輸系統內表面變得更粗糙，從而加速腐蝕，而粗糙的表面吸附結垢更為嚴重。磨損、腐蝕和結垢并非簡單的疊加，而是相互作用，相互促進，三者結合具有更大的破壞性。

2.4成垢離子的濃度

水中成垢離子含量越高，形成垢的可能性就越大。對某一特定的垢，當成垢離子的濃度超過了它在一定溫度和pH值下的可溶性界限時，垢就沉積下來。當不同水源的兩種水混合或所處的系統條件改變時，成垢離子濃度發生變化，趨于達到一種新的平衡，于是就產生結垢。

2.5異型水水質不配伍混輸時結垢

含油污水水質差異較大，當污水性質發生改變，現有的污水處理藥劑對系統水質的適應性變差，特別是當殺菌劑的效果不明顯時，水質不配伍將導致結垢現象嚴重。

2.6輸送介質及條件變化促使結垢

輸送介質中的二氧化碳引起的電化學腐蝕主要與溫度和二氧化碳分壓有關。隨著溫度升高，腐蝕速率先升高后降低，在80℃左右時腐蝕速率最大。隨著分壓升高，腐蝕速率也增大，分壓較低時，基本表現為均勻腐蝕，沒有出現較大的蝕坑。分壓較高時，腐蝕形貌趨向于局部腐蝕和“醉狀”腐蝕，促使結垢。

2.7潤濕與粘附

在油田生產過程中使用不同材質，其內表面有不同的潤濕物性。如用塑料內襯，表面潤濕角大于90℃，而裸鋼表面潤濕角小于90℃，這對于晶核的形成和在材質表面的粘附作用是十分重要的。潤濕角越小，成核所需能量越小，晶核形成越容易，則結垢趨勢就越大。事實上，內襯光滑油管壁上結垢程度減弱。

3腐蝕結垢的防治

根據“防治結合”的原則，對腐蝕結垢的集輸系統實施綜合配套的防治措施較為有利。針對油田集輸系統腐蝕結垢現狀，可以從以下幾個方面著手進行工藝改進：（1）盡量降低集輸管線的輸送壓力和定期清管。采出液在聯合站脫出游離水，脫出的游離水用沉降過濾、加藥處理和回注等方式進行再利用，合理調度管線的輸送運行，降低流程壓力，定期對管道進行清洗除垢，能有效地防止和控制腐蝕結垢產生。（2）實行異水型水分開輸送。將采出液經過濾分離處理、再對異水型水分開輸送。在集輸過程中，避免異型水混輸，這樣可以避免由于混輸造成不同水型水質配伍性差而結垢的問題。對油田聯合站進行工藝改造，將以前的異型水混輸工藝改為異型水分開輸送工藝，取得了較好的效果。（3）采用非金屬管道替代普通鋼管道。針對采出液中含油污水礦化度高、電導率高和電化學腐蝕嚴重的現狀，將普通鋼管道更換為非金屬管道，防止電化學腐蝕結垢。（4）集輸系統設備的內腐蝕處理。通過相應的工藝處理，在集輸系統設備及管線內表面涂敷內防保護膜，可以將金屬與腐蝕介質隔開，從而達到抑制腐蝕的目的。使用的涂層主要有金屬涂層和非金屬涂層，根據現場實際合理運用。（5）酸洗清垢。對已經存在腐蝕結垢的集輸系統進行酸洗，清洗液選擇多元酸和復合酸等弱酸，現場清洗劑進人集輸系統后反應，使垢物反應離解為疏松細粉狀沉淀，再沖洗完成清垢。（6）緩蝕阻垢劑的應用。防垢劑是通過反應加絡合機理和吸附機理產生其防垢作用的。反應加絡合機理使緩蝕阻垢劑在水中離解后產生的陰離子與成垢金屬陽離子生成穩定的絡合物，其實質是增大鹽垢的溶解量。就目前狀況而言，腐蝕和結垢在整個集輸系統中普遍存在。對腐蝕和結垢的控制，要從加劑點、加劑質量濃度、緩蝕阻垢劑類型、加劑方式等各個方面進行研究和試驗，最終確定比較符合實際的工藝。

4結論

采取盡量降低管線輸送壓力、異型水分開輸送、非金屬管道替代普通鋼管道、集輸設備、管線內防腐蝕處理、酸洗清垢和化學藥劑防垢等綜合配套技術措施是防治集輸系統腐蝕結垢的有效方法。通過對集輸系統腐蝕結垢的現狀調查分析及采取相應的措施之后，集輸系統維護和改造作業頻率明顯下降，有效地延長了集輸系統的使用壽命，提高了油田綜合效益。

參考文獻：

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