空穴射流清垢技术在靖安油田的应用及效果
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摘 要：本文针对靖安油田大路沟一区中四增投运后，由于同层（长212）区域不同及流体性质存在差异，站内设备、流程以及外输管线结垢严重，导致外输泵维护、加热炉盘管及站内流程管线更换频繁等问题，积极开展结垢机理与清垢技术研究，最终确定空穴射流清垢技术具有较高的适用性，该技术有效延长了设备和管线的使用寿命，提高了输油效率，且大大降低了生产成本和管理难度，取得了较好的经济效益。
中图分类号：TE973.8 文献标识码：A
随着油田滚动扩边，新井投产及措施井增多，由于新井与老井流体性质存在差异且配伍性差，导致靖安油田大路沟一区中四增投运后，站内外输泵、流量计、收球筒、流程管线、加热炉盘管及外输管线结垢严重。严重制约生产运行，增加了生产成本和管理难度。因此，必须进行结垢机理和清垢技术研究。
1现状调查
1.1开发现状
靖安油田大路沟一区于1997年投入开发，主要开采层位长212，目前开井179口，日产液1368m3，日产油316t，综合含水75.9%。其中中四增于2011年9月建成投运，有油井22口（其中老井4口，新投井18口），日产液198.6m3，综合含水83.7%。有注水井8口，日注水能力260m3。
1.2结垢现状
该区域位于靖安油田大路沟一区西南部，新投油井（18口）与老井（4口，2006年前投产）开采层位均为长212层，但由于新井吐砂（主要为泥沙）严重，流体性质存在差异且配伍性差，导致站内设备和管线结垢严重，主要表现为：
（1）设备结垢严重
由于结垢速度快，平均1mm/6-8天，导致设备维修、更换频繁，增加了生产材料费用和劳动强度。因外输流量计结垢，导致故障频繁、误差大，无法正常计量监控，存在较大的安全环保隐患。
表1 设备维修、更换周期统计表
（2）管线结垢严重
站内流程、加热炉盘管结垢后，导致管径变细、系统压力升高（0.5MPa1.0MPa）、换热效效果差（进口18℃，出口25℃），每5-7个月必须对其进行更换，否则系统将无法运行。外输管线（Φ89）随着结垢的日趋严重，外输压力上升（1.5MPa2.5MPa）、输油排量降低（15.5m3/h7.5 m3/h），导致部分井组改为罐车拉油（49.2m3），增加了拉油运费和管理难度。
2结垢机理研究
为有效解决中四增结垢问题，对该站所辖油井流体性质、配伍性及垢样成份进行多次取样分析。
2.1流体性质分析
通过对4个井组（22口油井）的输油管线分别断开分析，发现ZJ82井场的输油管线结垢现象明显，因此将该井组的7口油井取样进行流体化验分析。
分别将ZJ82井组7口油井取大样，取样品中原油部分进行含水分析仪离心分析观察，发现田29-13、田30-11和田30-13原油中含有泥沙较多，其余井泥沙含量较少。
水质分析结果：大路沟一区中四增老井4口，新井3口共计7口井进行了水质全分析，油井水型均为CaCl2，Ca2+含量较高，构成了碳酸钙和硫酸钙的形成条件。
2.2垢样成份分析
垢样描述——垢样呈灰黑色泥状（里面掺杂少量5-7mm片状垢），质地松散。
定性分析——垢样研磨后为黑灰色，首先使用三氯三氟乙烷萃取垢样中油分及有机质后烘干；再加入1：1盐酸后，有微量气体产生（含有碳酸钙），伴有少量臭鸡蛋气味（含有硫化亚铁）；经过滤后烘干，酸不溶物呈灰黄色粉末状。
垢型确定——经过对垢样的初步检测，含有大量泥砂和少量有机物。
该垢样中存在大量泥砂，碳酸盐起到构架的作用，胶结泥沙，当温度升高时，Ca（HCO3）2分解，产生CaCO3 结垢：
Ca（HCO3）2CaCO3+ CO2+H2O
该反应为吸热反应，温度升高，平衡向右移动，有利于CaCO3的析出，随着温度升高，沉淀析出将会更多。
通过对中四增垢样及流体性质进行分析认为，中四增加热炉盘管、输油泵和流程管线结垢的原因主要是由于ZJ82井组的3口2010年投产油井（田29-13、田30-13、田30-11）吐砂（细泥沙）严重，而水质中Ca2+含量较高，少量的钙质与井底吐出的泥砂混合，形成不溶、难溶和微溶的物质，该物质逐步成核、长大形成垢，先是少量垢核心在管道表面形成、附着，然后更多的其它成垢化合物在这些核心周围聚集，成为更大的垢团。随着原油液体的冲刷，一部分垢被冲掉，但其它的垢继续生成，最终阻塞管道，随着环境水温的升高，这些难溶或微溶盐的溶解度下降，有更多的物质从水中析出经过加热炉加热形成了附着在管网、设备上的以泥砂为主的垢类物质。
3清垢技术研究
3.1化学清垢
化学清垢是根据垢层的化学成份，选用合适的酸类化学剂进行溶解除垢。依据长2油藏垢型多为CaCO3型，2010年12月，该区选用浓度为4%的盐酸作为除垢剂对其中一台加热炉盘管进行化学清垢，效果差，判定化学清垢不可行，而且化学清垢成本高、危险性大且易造成环境污染。因此还需进一步研究高效、环保、适用性强的除垢方法。
3.2空穴射流清垢技术
3.2.1空穴射流清垢原理
该技术是运用流体力学中的“空穴效应”原理，清洗器由交错叠加的韧性叶片组成。放入管道后，在入口高压水流的推动下快速向前移动，由于积垢的阻挡，在叶片狭窄的缝隙间水流陡然加速，同时出现急速旋转的涡流，形成连续移动的低压区，这个区域的流水始终处于汽化状态，由此产生的细微汽泡，又被迅速压缩直至崩裂，瞬时激射出强力的微射流，无数的微射流汇聚成冲击波，彻底粉碎垢质。
3.2.2技术特点
（1）该技术对复杂的U形管、螺旋管、变径管等特殊管线都能够进行彻底清洗；
（2）该技术对油污、化学垢、水垢、锈垢、软性垢、硬性垢、粘性垢等多种垢质都能进行彻底清洗；
（3）该技术可在线清洗地下长距离管道，地上管线不用拆卸；
（4）该技术理论一次性清洗距离长达10km，对管道的长度和管径没有限制。[3]
根据中四增站内外输管线以及加热炉盘管具有复杂的U型设计、管道结垢厚、管道长以及管道埋入地下，地面流程复杂不易拆卸等特点，结合对中四增垢样严密的分析和判断，选择物理清垢是比较可行的办法。2011年11月该区大力开展新工艺新技术试验，积极引入空穴射流清垢技术。
4效果分析与评价
4.1效果分析
2011年11月至2012年5月，该区先后对中四增外输管线及加热炉盘管采取空穴射流清垢技术实施清垢，外输管线及加热炉盘管清理后，管线内壁附着的20mm左右的垢彻底清除干净，外输排量由清垢前的7.5m3/h15.5m3/h，加热炉出油温度由30℃43℃，大大提高了中四增的外输能力及加热炉的换热效率，且拉油井组改为流程输油，节约了生产成本，降低了管理难度。
4.2效益评价
4.2.1有效地节约了生产成本
拉油运费：自2012年5月份中四增外输管线及锅炉盘管空穴射流清垢后，中四增原油外输运行正常，无需罐车拉运原油。清垢前每天拉油3车（49.2m3），运费为2400元，1年将节省原油拉运费用87.6万元；
外输管线：如果不实施管线清垢，中四增外输管线1年就必须更换结垢严重段2km，铺设、更换费用高达20万元。
加热炉盘管：加热炉盘管由于结垢严重，每6个月需更换1次（两台6组），费用约为3.6万元，更换费用为7.2万元/年。
支出成本：计划每运行1年利用空穴射流清垢技术清理中四增外输管线结垢严重段1次，每6个月清理加热炉盘管1次，每年成本支出费用为8万元。
综合上述，每年节约费用=87.6+20+7.2-8=106.8万元。
4.2.2社会效益
采用空穴射流清垢后，延长了设备、管线的使用寿命，减少了维护、更换次数，降低了现场管理难度和员工劳动强度，消减了安全隐患和环境污染，具有良好的社会效益。
5结论及建议
（1）靖安油田大路沟一区西南部长212油藏（中四增）结垢成份主要为泥沙（泥沙含量92.55%，且不溶于酸；CaCO3含量7.45%），不同于同类型油藏结垢（主要成份为Ca CO3）。因此，对其实施化学清垢无效。
（2）空穴射流清垢是一种物理清垢技术，对油污、化学垢、水垢、锈垢、软性垢、硬性垢、粘性垢等多种垢质都能进行彻底清洗，且适用范围广（复杂的U形管、螺旋管、变径管、长输管线等特殊管线），具有较高推广应用价值。
（3）空穴射流清垢技术有效地解决了靖安油田大路沟一区中四增由于结垢而导致设备、管线维修频繁及原油外输困难的问题，降低了生产成本，减轻了劳动强度，提高了油田开发效益。
参考文献
[1] 王兵，李长俊等.管道结垢原因分析及常用除垢方法[J].油气储运，2008，27（2）59-61.
[2] 何剑华，任立玮.电脉冲和空穴射流清洗技术在管道除垢中的应用[J].石油化工设备技术，2008，29（4）：19-20.
[3] 空穴射流清洗技术，大庆强强清洗有限公司.