淺談油氣開采過程中的除垢方法

劉如斯，蓋潔超

（西安石油大學，陜西西安 710065）

隨著油氣開采的持續推進，我國眾多油氣田的開采均進入了中后期，部分油氣田為達到其增產的效果，采用注水等開采方法，伴隨而來的是油氣井管柱以及油氣集輸管道嚴重的結垢問題，反而會適得其反。因此，如何在不影響產量以及保護環境的前提下進行除垢成為了近些年專家學者的研究方向。就目前來看，在油氣開采的過程中主要除垢方法有：機械法除垢、物理法除垢、化學法除垢。

1 機械法除垢

機械法除垢一般被認為是出現比較早的除垢方法，其原理為針對一些無法進行酸洗的油氣井，利用機械鉆具來清除管壁上的垢，再通過沖洗將垢帶到地面上的過程。目前的研究旨在改進傳統的機械除垢方法，簡化除垢過程，減少人力、材料、經費的使用，改善化學除垢帶來的環境污染問題，在現如今的可持續發展社會是很有發展必要的。

在2005年，M.H.V.Quiroga等[1]針對巴西海上油田清除硬質水垢時使用的機械法進行了深入的研究。巴西的一些投產較久的油田產生硫酸鋇之類的硬水垢問題較為惡劣，嚴重影響了產量?，F場試驗并研制出一種新型的噴砂技術，主要針對清除硫酸鋇等硬質水垢有很好的效果，并且通過添加一個修井時使用的四項分隔器就很好的解決了除垢結束后有關碎屑物返排的問題，在現場得到了很好的應用，并且帶來了較好的經濟效益。

李文亭等[2]在2010年研制出了新型油管除垢裝置，既可以針對油管內壁的水垢采用機械刀具進行高速刮削清洗，又可以利用常溫水清洗外部的銹污。該除垢裝置使用方法簡單，并且可以帶來極好的效果，具備很好的經濟前景。劉爭芬等[3]在2015年改良了傳統機械除垢的缺點，采用的三翼合金除垢磨鞋和液壓電動機這兩個亮點輔助傳統機械除垢系統配合1%的KCl溶液及少量泡排劑，有效的提高了氣井的產量，相比之前的機械除垢技術，效果更為顯著。同年，黃偉[4]針對注水管壁的碳酸鈣垢的切削除垢技術進行了試驗，并設計了符合現場要求的切削裝置，有較好的應用前景。

唐珂等[5]在2018年研制出了新型的多種功能的專用除垢器，主要針對進入注水開采中后期的吉林油田，更換傳統刀頭為可以靈活轉動的活動型刀頭，利用重力，在井下自動的轉動同時將井壁上的垢污除下。新型的除垢器在現場應用時增快了工作的效率，節約了作業的費用，具有很好的使用價值和經濟效益。

2 物理法除垢

物理法除垢主要的除垢原理是運用超聲波技術變更流體的頻率或者電磁學技術來進行除垢。物理法除垢的優點在于操作方便，并且對環境沒有污染。除了可以除去垢物以外還可以有效的防止垢的二次產生。國內對于磁處理或者聲波處理的技術起步比較晚，但這兩項技術均有著巨大的影響意義，著實值得我們為之深入研究。

在利用電磁波除垢方面，張怡焉[6]在2015年針對碳酸鈣垢改良設計了電磁防垢除垢的裝置，通過單片機所產生的電磁波，來改變流體中的部分離子之間的連接方式，因而改變垢的產生方式，起到除垢防垢的作用。在實際應用中有著較好的效果。王金燕等[7]針對輸油管線采用電磁除垢技術篩選出了最優的除垢參數，并且針對現場設計了具有無污染節能等特點的電磁除垢的裝置，為技術人員在日后的物理除垢方面的研究提供了數據輔佐。

在利用超聲波除垢方面，楊光等[8]在2017年針對管道除垢方面優選出了效果最好的頻率并且模擬超聲波，設計出了除垢裝置。經試驗該裝置在5 min，48 kHz的超聲波頻率下，除垢率最高。葉鵬等[9]針對硫酸鋇垢進行了超聲波除垢試驗，優化出了超聲波最佳除垢時間、頻率、溫度等，為超聲波除垢的后期研究提供了數據依托。

楊曉云[10]分別研究了超聲波和電磁波除垢的機理以及影響因素，同時確定了最優參數；對超聲波電磁波混合場除垢的方式進行掛片試驗研究，得出混合場除垢的效果更加突出的結論，并且對環境的污染有所減輕。

3 化學法除垢

化學法除垢一直是國內外使用較多、發展較為成熟的一種除垢手段。其原理即為利用化學試劑與設備上的垢發生化學反應，使垢從設備上軟化、剝離從而起到除垢的作用。究其缺點在于先期并沒有把環境保護考慮其中，對地層和環境造成了很大的污染。目前人們的研究方向主要是在保證除垢劑高效的同時，還需要同時具備綠色、環保、無污染等特點。

韓豐澤等[11]于2003年對注水管線中所取的垢樣進行了分析顯示：結垢厚度為15 mm～25 mm，含有51.25%的碳酸鈣以及少量的氧化鐵、碳酸鐵等。水樣分析為：pH值7.5，其中二氧化碳、硫化物的含量以及細菌的含量均已超過了國家標準。他們使用濃度在10%～12%的HCl為主液，并且向其中添加2.5%的緩蝕劑以及3%H2S抑制劑作為清洗劑，使用6%的NaOH作為殘液中和劑，并添加鈍化液。這種方法不僅很好的解決了結垢問題，并且增強了管線的抗腐蝕能力。

隨著酸性除垢劑的不斷發展，人們日益把改進的目光投向了添加劑是否環保這一方向。以往常用的一些無機物類緩蝕劑雖然具有較好的緩釋效果，但多為有毒有污染的試劑，不符合當代發展要求。研究人員傾向于使用一些綠色環保的有機試劑來作為緩蝕劑，或者在除垢主酸中添加起泡劑，在除垢性能不變的前提下，減緩酸液對于管壁的腐蝕。

孫莉[12]于2008年針對坪橋油田結垢的主要特點，采取預防為主的原則，除垢緩蝕劑方面選擇了具有緩蝕防垢性能并存的聚天冬氨酸試劑，與檸檬酸合成了具有綠色環保功效的緩蝕阻垢劑：聚天冬氨酸的衍生聚合物，并將其與一定濃度的鹽酸，乙酸，烏洛托品復配，形成新型溶垢劑。該溶垢劑不僅在緩蝕溶垢方面表現顯著，也可以有效的預防垢的生成，將除垢和阻垢很好地結合了起來。

任曉娟等[13]在2018年根據鄂爾多斯煤層氣開采過程中的井下管柱結構嚴重的問題，通過室內試驗篩選出了泡沫酸體系用于除垢，采用12%的HCl添加起泡劑、穩泡劑、緩蝕劑。試驗證明溫度對于泡沫酸系統的影響較小，很適合現場使用。泡沫酸不僅在緩蝕方面表現良好，相比常規酸液，在返排方面也有極強的能力。該體系已在現場得到了廣泛的應用，并取得了很好的除垢效果。

錢慧娟等[14]針對使用酸性除垢劑時出現的弊端進行了分析和研究，并結合現場垢質的成分分析，研制出pH值大于9的對于井下設備無腐蝕的堿性除垢劑。該堿性除垢劑除除垢的主劑以外還添加了可以降低油水界面張力的表面活性劑、起到降黏作用的分散劑等添加劑。堿性除垢劑可以很好地解決酸性除垢劑帶來的二次結垢，腐蝕等弊端，擴大了其適用范圍，在酸性除垢劑無法使用的螺桿泵驅油井中也同樣適用。但在除垢時間較長，長時間的關井對于產量有著一定的影響，在此方面仍有很大的改進空間。

除了酸性、堿性除垢劑以外，研究人員在無酸體系上也進行了一系列的探索和試驗。張博等[15]針對印尼某油田由于油田的開采進入中后期加之其獨特的TalangAnkar砂巖組而產生的嚴重的結垢現狀，研制并應用了一種無酸除垢體系，采用EDTA來代替常用的鹽酸、硝酸、土酸，加入其他添加劑，分散剝離污垢，并通過螯合作用，在穩定劑的作用下，使易成垢離子的數量得到減少。該無酸除垢劑在現場得到了很好的應用，有著明顯的除垢和減速作用，其缺點在于除垢的時間較久，是需要進行后期完善的地方。

4 結語

隨著油氣開采技術的快速發展，除垢的方式也相繼變得越來越多樣化。在使用除垢方法時應該根據現場的實際情況，篩選出合適的除垢體系。就目前來看化學法除垢仍是使用較多的一種方法，如何研制出更安全環保綠色無污染的除垢添加劑，是科研人員日后應該為之解決的重要問題。同時在物理法除垢以及機械法除垢方面要針對前人研究出來的數據結果考慮到局限性和前瞻性進行更深入的研究，旨在高效除垢的同時注重對于環境以及開采設備的保護，達到除垢與防垢相結合。經濟效益也是不可忽視的一個問題，切不可因為一味地追求高效而忽略了經濟效益，要改進一些除垢方法除垢時間過長這一缺點，在盡量縮短關井時間不影響生產的前提下，進行全面除垢。油氣開采過程中的結垢問題仍為目前待解決的一大問題，由于成垢原因各不相同，需要有更多的應對方法，從源頭上解決這一棘手的問題，使產量得到進一步的提高，增加各大油氣田的經濟效益。