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油田设备盐垢的化学清除

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油田 设备 化学 清除
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油田设备盐垢的化学清除巨全义 武平仓 罗春勋(长庆石油勘探局勘探开发研究院,庆阳 745100)摘 要 论述了在油田开发过程中地面系统及井下设备无机盐垢的化学清除技术,并分析了油田最新研制的几种处理剂 在现场应用的实例。这些技术,对油田生产中类似的结垢处理,具有重要的应用价值与参考意义。关键词 油田开发 盐垢 化学清除 应用实例与效果1 前言早在 1977 年马岭油田中区试验区投入开发不久,就在岭 201、206、庆 1 井、庆参 4 井等 4 口油井发现了结垢。庆 1 井检泵后两周油管堵死,抽油杆被拉断,庆参井也因结垢堵死无法处理而报废。这 4 口井垢型均为 1977 年马岭油田开始投入开发到 1980 年,又在集输系统发现了严重的结垢,中二转油站加热炉投产仅两周,炉内输油管线即因垢堵而报废。中区集中处理站加热炉投产 6 个月,因炉管结垢导致过热,使炉管被烧穿。北区二合一加热沉降罐内垢层厚达 12后,结垢油井和计量站、转油站不断增加,范围扩大。至今,马岭、宁夏、安塞等油田结垢油井已有近 300 口,结垢站 50 余座。结垢物组分的分析统计表明:垢的组成有碳酸钙和硫酸钡,并含有铁腐蚀产物,大多数情况是以某一组成为主的多组分混合物,油田典型的结垢组分分析资料见表 1。表 1 油田个别井(站)垢的组分资料结垢物组成质量百分数/%井(站)号取样部位 它北 186井井下油管 南 92井油管972m 中 203井井下尾管 南 176井花管外 岭 南 (油管线 油 管 中 3 井 花管 外 北三转 输油 泵 南 由于结垢,油井修井周期变短,套损井隔水采油封隔器坐封困难。如岭 50 井,1989 年 10 月底修井,不到半年时间,因结垢被迫再次修井,从井口至第 20 根油管外结垢厚在 10上,结垢物取样分析为 起油管和封隔器时在井口遇卡,影响了油井的正常作业。本文结合油田实际,分析了油田设备盐垢的清除机理与实施工艺,并对近年来油田自己研制的新型盐垢清除剂的应用进行了评价和效果分析。2 油田盐垢组成的确定油田盐垢的清除常用两种方法——机械法和化学法。机械法除垢是利用钻井工具、专用设备和水力冲洗机来清除垢沉积,但该方法受到设备本身的限制,不能恢复油井的生产能力。化学法除垢是利用可溶解垢的化学物质使垢沉积物变得疏松脱落或溶解,有利于恢复油藏的生产能力,在除垢之前,首先全面掌握结垢的原因,垢的性状及垢的组成,这样可以选择最优的除垢剂和除垢方案,做到有的放矢,提高处理效果。垢组成的分析确定可以实验室内进行详细的分析,也可以在现场进行快速定性。 现场结垢物的定性鉴定在油田现场,可采用较为简单的方法确定结垢物的垢型。用肉眼观察垢样颜色与结构,其中致密而带有珠母光泽长条形结晶的沉积物为石膏,暗色沉积物可先用有机溶剂洗涤,并用酸浸后再判别。将垢样放置于有机溶剂(石油醚、苯、氯仿等) 中,注意溶解情况及溶剂颜色改变,有明显溶解说明垢中有机质含量较高,一般为原油胶质或沥青质。将 5%~15%( 质量分数)的盐酸滴到垢样表面,如果发生强烈反应并有大量气泡生成,则说明为 酸液的颜色变为棕色,则表明有铁的化合物 出气体若有刺鼻的 ,表明垢中含滴加盐酸无明显反应,则有 碎样品,加入 15%(质量分数) 5%(质量分数),有白色沉积生成的为变者为钡垢或硅垢。一般来讲,现场盐垢的定性鉴定只能为现场处理作一粗略的指导,要较详细地确定盐垢的组成必须进行室内定量分析。室内结垢物定量分析对现场取回的新鲜垢样中主要离子进行定量分析,然后按照溶度积的大小,通过配矿计算可以推算出各种结垢物的准确含量,这些工作都必须在试验室内完成。3 碳酸钙垢碳酸盐垢主要是 其采用的处理方法是用 解,度一般为 5%~15%(质量分数) 。用 理油田设备结垢,重要的问题是必须添加合适的化学添加剂,其中重要的有缓蚀剂,可减缓酸液对设备管线的腐蚀;铁离子稳定剂(柠檬酸或冰醋酸),防止 为 H)3或 H)2沉淀,对油井处理来讲,稳定铁离子尤为重要。为了帮助除去垢表面的烃类及油污,酸液中常加入表面活性剂。不同浓度的盐酸对 。表 2 盐酸对 量百分数%) g·L 机酸除垢剂也广泛应用于油田设备及管线的处理中,如氨基磺酸、冰醋酸、聚马来酸、氟硼酸等,再辅以其它助剂,配制成固体解堵酸或液体有机除垢剂。固体解堵酸作为注水井或油井除垢解堵,集段塞、浸泡、酸化三种方法于一体,使用方便,成本低,无需配液设备,酸化后不排液。如果调节酸的成分,可使其成为缓速酸,延缓酸反应速度,扩大处理半径。长庆油田最新研制的一种非酸敏性强力除垢剂,为棕红色清亮液体,该除垢剂为有机酸及无机酸的复合产物并辅以其它添加剂,对设备无腐蚀,该药剂除垢效果见表 3。表 3 浓垢时间/垢速率/g· g· 10 120 2 20 52 03 30 25 04 40 10 05 60 5 106 80 2 7 100 1 *指垢完全溶解;垢/( W/W) ;t=26℃用氨羧络合剂,如 能清除 成可溶性络合物,但 钙离子络合时的质量比为 7∶4∶1,使用成本高。硫酸钙垢硫酸钙垢的清除一般采用机械和化学清除方法,在油井井筒中用机械方法较为经济有效,但对油层结 必须用化学法清除。盐酸对 常温常压下,W/W)。若用 27%(质量百分数 )的盐酸+15%(质量百分数)混合液(体积比 ),在油层温度下(50℃左右) ,则可用于 氧化钠溶液对 a(+H)2为疏松状物质,可随液流分散带走。据资料介绍,1g 0%(质量百分数)的 液 际应用中, 液的量需高出所需值的 5~10 倍。表 4 为用 液清除 4 用 5℃,48h)垢样重 度/% 除垢率 溶 的序号 /g (质量百分数) /% 时间 / 0 1 5 7 0 2 5 3 用过饱和碳酸盐[()2使之转化为可溶于盐酸的 用除 应过程如下:2O+用 18%~30%( 质量百分数 )的 或二钠盐)可有效地清除用机理与清除 使用 合剂时,为了提高应用效果,常添加其它助剂,如铁稳定剂,烃溶解剂、节剂等。对于 除效率在于破坏垢的骨架,使之悬浮或溶解在水中。如表 5 所示,的溶解度非常低,如果加入另外一种阳离子或阴离子络合剂,则可使 ,当钠钙盐时,可使其溶解度提高到 180 倍以上。表 5 钙化合物在水中的溶解度钙化合物钙化合物溶解度/g 解度/解 钠盐与硫酸钙的反应,正是通过络合作用来实现的。正离子有六个活性位置,化合价可达,它和 合的反应产物如下式所示:据 四个活性位置。这个反应可用 2O 来提高反应速度,这种处理方法在国外油田已得到广泛应用。清除油田垢,除常用的乙二胺四乙酸衍生物外,还可以用氮川三乙酸衍生物(氨基亚甲膦酸 (乙氧基磺酸,顺丁烯二酸(盐)作为除垢剂。垢剂为长庆油田研制开发的一种药剂,为一种含有螯合剂的碱性溶液。该药剂通过螯合反应将盐垢转化为可溶性产物,之后随产液排出。另一方面,由于螯合作用破坏了垢块骨架,盐垢中的其它不溶物即随之脱落为垢泥,再随洗井液排出井筒。垢剂的应用克服了传统酸化工艺导致的管线、设备腐蚀,地层基岩孔隙结构破坏及垢的二次沉淀等问题,对如安塞油田那样的酸敏地层更有特殊的应用价值。另外,宽了应用范围 [1]。酸钡(锶)垢无机转化剂(如 使用盐酸溶解。但这种处理,一方面要求 一方面要求温度在 60℃以上,甚至煮沸才能奏效。对于锅炉等加热器可以使用,对油田地面系统及油井从工艺上则难以实施。国外曾推荐一种具强络合能力的清除 466,作者在室内进行溶垢试验表明,(W/W)的情况下,105(质量百分数)的 垢率在 67%~69%之间,但未得到现场应用。大环聚醚类化合物除垢剂也可用于硫酸盐垢的清除,如对 应 3h 内,溶解量可达 。的化合物盐垢中铁的化合物主要有: 般情况下在垢中含量较低,质量百分数<5%。有时管线内结有较多的铁盐,一般认为是腐蚀产物,如 菌或 蚀所致。铁盐沉积通常较薄,油田目前并不采取清除措施,对油管、套管的铁锈,有时用盐酸(质量分数为 5%~15%)进行处理,但必须严格掌握施工工艺,并投加适量缓蚀剂。在油(水) 井处理时,应加入足量的铁稳定剂,防止铁的二次沉淀。4 油田盐垢的清除工艺和典型实例对于油田地面集输系统,盐垢的处理比较简单。如加热炉、换热器除垢,用配制好的处理液进行侵泡及循环。对输油管线、输油泵等,先用蒸汽冲洗或用有机溶剂冲洗,然后再用处理液侵泡循环,处理后用清水清洗干净。油井井下结垢清除时,可从环形空间泵入清洗液,侵泡一段时间后再返出,并强化洗井。油管结垢严重的可以取出送到油管处理厂清洗。近井地层结垢的清除可采用挤注法,将处理液泵入近井地层一定的半径范围内,侵泡一段时间再洗井,残液必须尽可能地返出地面。应用实例 1:长庆马岭油田岭 50 井于 1990 年 4 月修井时,发现井口结垢,从井口1~20 根油管外有结晶状态良好的垢,呈鱼鳞状,厚度在 10右。由于结垢,该井修井起钻遇卡。经室内分析,结垢物中 质量百分数),另含少量 垢原因是产出液在井口附件渗漏入环形空间与洛河层水混合引起结垢,在室内进行溶垢能力试验的基础上,对该井用 20%的 行侵泡及循环清洗处理。获得良好的效果。处理后油井解卡,恢复正常生产 [2]。应用实例 2:王十转油站为安塞油田的一个接转站,该站 2 号计量间辖油井 9 口。这些井产出水中有的高含 有的高含 严重不相溶水质,导致站内结垢严重,总机关管汇、收球包、输油泵进口处结垢厚在 20质坚硬,原来 Ф100线因结垢仅剩约 10通道,全站处于停产状态。取样分析表明结垢物主要成分为 1)。经室内试验与现场调查,确定在 50~60℃的温度条件下,用 50%(质量百分数)的 性清垢剂对全站进行循环清洗。为提高清洗效果,先用表面活性剂溶液清洗掉盐垢表面的油污,再用清垢剂溶液反复循环处理,每次循环数十小时,共循环三次。处理后,对整个流程进行检查,垢物全部被清除,设备完好如新。应用实例 3:王 16 井为宁夏王家场油田的一口生产井,该井因井筒设备及近井地结垢,在清垢处理前日产油仅 出液含水 质量百分数)。结垢物取样分析其主要 995 年 8 月对该井进行清防垢综合处理,处理工艺流程为:洗井→注前置液→注防垢剂→注 垢剂→注顶替液→关井 24h→洗井,然后下泵生产。处理后日产液大隔度上升,d,含水量降到 10%(质量百分数) ,超过该井开采初期日产液 7t 的记录。5 结论与问题1)从油田清除盐垢的实际出发,结合作者的实践,提出并总结了油田地面集输系统和井下设备盐垢的清除技术,具有技术上的先进性和生产中的实用性。2)长庆油田研制开发的 列清垢剂,在油田生产中应用后取得显著的效果,解决了普通酸液难溶垢的清除问题,为化学清洗技术开拓了新的市场。3)对于清除 内外进行了大量的试验研究工作,但迄今仍无可供油田使用的最佳化学药剂,有待于从事化学清洗的工作者进行进一步的研究和探索。参考文献1. 马广彦,994,11(1);25~312. 朱义吾,赵作滋,巨全义,西科学技术出版社,in 745100)of in of be by in of s effect
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