油田注水系统结垢分析

油田注水系统结垢分析

一、地层水矿化度高、寿命不足,影响了地面管道的正常生产原油污染是油田水质控制中面临的最严重问题之一。结垢可发生在从地层到地面管网的各个部位,增加流动阻力及停产检修时间,引起管道局部腐蚀,结垢产物增加注入水对油层的损害程度,给生产带来极大危害。目前,大港油田采油三厂地层水矿化度较高,水质成分复杂,管道结垢相当严重,维护费用高,单井管道平均寿命不足5年,干线寿命仅8年,极大地影响了采油三厂地面管道的正常生产,造成严重的经济损失。采用油田水结垢分析软件和化学分析方法进行了采油三厂各注水系统结垢预测,软件可以模拟水样在不同温度和压力条件下水中各物种的饱和状态,进行不同条件下结垢种类、结垢趋势、结垢量和结垢部位预测,以及各水源间的配伍性评价等。二、三个采矿厂的水井系统水位预测1、自然地形条件下表水结垢分析油田水结垢不仅受水质体系各离子种类和离子浓度的影响,而且还受外部温度、压力、pH、离子强度等因素的制约。水质分析软件在综合考虑各因素的条件下,计算了各矿物在水中的物质平衡分布,预测结果中的ΔG是矿物实际状态和平衡状态的自由能之差。在平衡状态下,当ΔG=0时,地层水和矿物达到平衡,不会发生溶解或沉淀。当ΔG<0时,由于不饱和,矿物不能从地层水中沉淀出来。当ΔG>0时,由于过饱和,矿物不会溶解,如果满足一定条件,会生成沉淀。ΔG值越大,生成沉淀的趋势越大。在对各注水系统水质分析数据的基础上,应用油田水结垢分析软件对采油三厂各注水系统的结垢类型和结垢趋势进行了预测,结果见表1和图1。从表1可以看出,各注水系统的主要结垢类型有白云石、方解石、重晶石、菱锶矿、霰石等。从图1可以看出,各系统结垢程度较大的有段六拔掺水系统、乌马营污水系统、官一联掺水系统、舍女寺和枣大站掺水系统,官一联污水、小大站污水、枣大站污水和枣二联掺水系统的结垢程度很小。总体上,掺水系统的结垢程度大于污水系统,这与现场实际结垢情况基本一致。2、预测结果分析利用X射线衍射分析仪,对乌马营和段六拔污水系统的垢样成分进行了分析,乌马营污水系统垢样成分主要是80%CaCO3与20%(Ba0.75Sr0.25)SO4,段六拔污水系统垢样成分主要是80%～90%CaCO3、5%CaSO4、5%(Ba0.75Sr0.25)SO4,与表1预测的结垢类型和相对含量基本一致,证明了软件预测结果的准确性。三、三、地面注水系统的结垢影响因素1、离子含量的影响利用水质分析软件对离子浓度与结垢之间的关系进行了预测,结果见表2。从表2可以看出,随着碳酸氢根、镁离子、钙离子、钡离子、锶离子含量的增加,结垢程度增大,而随着钾、钠离子含量的增加,结垢程度有所减小。除枣二联掺水系统外,氯离子含量与结垢程度间的关系不大;除乌马营污水和段六拔掺水系统外,硫酸根对结垢的影响也不大。另外,从溶度积的角度考察了各注水站可能引起CaCO3结垢的程度(见表3)。从表3可以看出,所有水样在25℃下均能析出CaCO3结晶(25℃时CaCO3的溶度积为2.8×10-9mol2/L2)。同时,仅从Ca2+、浓度考虑,结垢最严重的是乌马营、段六拔、枣大站的注水系统,而其它水样的结垢程度虽然强弱不同,但相差不大,与图1预测结果及实际结垢情况一致。2、温度采用水质分析软件研究了各注水系统的浓度对结垢的影响(见表4)。从表4可以看出,各系统的结垢量随温度的增大而增大。3、caco3的生成在其它因素不变的条件下,研究当压力从1MPa逐渐增加到35MPa时,各注水系统∑ΔG变化趋势(见表6)。由表6可以看出,在现场压力范围内,∑ΔG或结垢量随压力的增大而逐渐减小,其原因是,垢样成分CaCO3的生成电离平衡为,,压力增大将减缓CO2的生成速度,使电离平衡向左移动,减缓CaCO3的生成速度,就能减缓结垢趋势。但在污水系统或掺水系统内,因压力变化幅度不大,因此,压力变化引起结垢生成的可能性较小。水的流动状态、水质体系腐蚀性和结垢沉积状况对体系结垢也有较大影响。一般地,在不考虑其它因素的条件下,水流速度越小,结垢可能性越大。腐蚀可加快结垢的生成速度,油管内壁越粗糙,结垢腐蚀程度越高。综上所述,在采油三厂注水系统的输送过程中,导致结垢的主要原因是流体中水质成分的影响,外部条件(温度、压力、腐蚀性、管材表面状况、流动状态)的变化对结垢程度也有一定的影响。四、污水系统结垢程度的预测结果(1)导致采油三厂地面管道结垢的主要原因是高矿化度、高金属离子含量(Mg2+、Ca2+、Ba2+、Sr2+等)、高酸性游离离子(、、Cl-等),以及一定的外部条件(温度、压力等)。随着碳酸氢根、镁离子、钙离子、钡离子、锶离子含量的增加,结垢程度增大,而随着钾钠离子含量的增加,结垢程度有所减小。除了枣二联掺水系统外,氯离子含量与结垢程度间的关系不大;除了乌马营污水和段六拔掺水系统外,硫酸根对结垢的影响也不大。(2)各污水、掺水管道结垢的主要类型是白云石、方解石、重晶石、菱锶矿、霰石等。各系统结垢程度最大的有段六拔、乌马营、官二联、官一联、枣大站、舍女寺。同时,掺水系统的结垢程度大于污水系统。(3)预测分析表明,在其它条件不变时,结垢量随温度增加而增加,随压力的增加而