姬塬油田防垢、除垢技术应用研究

２８　第２４卷第４期　石油规划设计　２０１３年７月　文章编号：１００４—２９７０（２０１３）０４—００２８—０４　

郭刚　张小龙　（１西安长庆科技有限责任公司；　王琦　张平　２．大庆油田工程有限责任公司）　

郭刚等．姬塬油田防垢、除垢技术应用研究．石油规划设计，２０１　３，２４（４）：２８～３１　摘要阐述了电磁防垢、超声波防垢、物理除垢、清管仪清垢等防垢、除垢技术的机理，介　绍了这几种防垢、除垢技术在姬塬油田多层系复合开发中的应用并进行了分析，认为电磁防垢和　超声波防垢效果较好，能够有效保护集榆站场重点设备；物理除垢可以有效去除不配伍层系混合　产生的垢晶；清管仪可清除集输管道和注水管道的结垢。这几种防垢、除垢方式的配合使用，解　决了生产运行中站场防垢、管道除垢等难题，使生产能够安全、平稳、高效运行，在姬塬油田多　层系开发中具有较大的发展前景和推广应用价值。　关键词姬塬油田；电磁防垢；超声波防垢；物理除垢；清管仪　

中图分类号：ＴＥ９８８　文献标识码：Ａ　Ｄ０ｌ：１０．３９６９／ｊ．ｉＳＳＮ．１００４—２９７０．２０１３．０４．００９　

姬塬油田以多层系复合开发为主要特色。由于　采出水成垢离子浓度大，且不同层位离子浓度差异　较大、配伍性差，导致井筒及地面集输系统结垢严　重。目前，已发现有结垢油井４６５口、结垢站点７３　座、结垢管道２１５ｋｍ，严重影响原油生产。通过对　电磁防垢器、超声波防垢器、除垢器、清管仪等防　垢、除垢方法的现场试验应用，解决了姬塬油田生　产运行中系统结垢的问题，确保生产安全、平稳运行。　１　防垢、除垢机理　１．１电磁、超声波防垢　１．１．１　电磁防垢　在高频电磁场的作用下，水体中的极性水分子　受到交变电场的作用，水分子中正负电荷重心周期　性地靠近和远离，产生电荷间振动。由于电场梯度　和极性水分子常常不在同一直线上，进而产生偶极　矩，并随电场的变化发生周期性偏移，产生分子振　荡，当分子运动加剧到一定程度，即可形成活性水，　影响成垢盐类析出、结晶及聚合，成垢物质形不成　坚硬的针状结晶体，而是形成细小松软的粒状沉淀，　以微晶态悬浮于液体中¨、　，从而达到防垢的目的。　１．１．２超声波防垢　理论研究认为：在超声场的作用下，流体中成　垢物质的物理形态和化学性能发生一系列变化，使　之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着在管壁上，　进而避免了积垢的形成　。　现场应用认为：超声波脉冲信号通过金属管壁　传播到加热炉、热交换器等易结垢设备，使液体产　生超声凝聚现象。由于金属管壁和液体对超声波脉　冲信号的频率响应不同，导致金属管壁和液体之间　产生高速的相对运动，使液体中尚未结晶的盐及较　

｛郭刚，男，工程师。２００４年毕业于西安石油大学石油工程学院油气储运专业，获学士学位；２００７年毕业于中国石油大学（华东）储运与建筑工程学　院油气储运专业，获硕士学位。现在西安长庆科技工程有限责任公司从事油气田地面工程规划设计工作。地址：陕西省西安市未央区长庆大厦１００４室，７１００１８。　Ｅ—ｍａｉｌ：ｇｕｏｇａｎｇＯ１０２＠１６３．ｔｏｍ　第２４卷第４期　石油规划设计　２９　大颗粒的凝结团或结晶无法静止黏固在金属管壁表　面，而是随着管内液体的流动被带走。此外，在超　声波脉冲变频信号的作用下，液体沿着裂缝进入垢　层里面，极微小的液体流在接受高温管壁加热后被　汽化，体积急速膨胀，推动垢脱离金属管壁，从而　达到防垢、除垢的效果。　１－２物理除垢　物理除垢器主要由壳体、填料、液流进口接管、　液流出口接管及排污管道等构成。液体进入除垢器　后，液体中的垢晶被填料（一种经过特殊化学处理　后具有强表面能的导电纤维）吸附而截留，当填料　上吸附的垢堵塞流体通道而影响流体通行时，更换　新的填料，以达到彻底去除垢的目的。对于结垢趋　势较弱的流体，可在除垢器新装填料后运行初期，　向流体中加入一种使流体快速形成垢晶的化学助　剂，以加强除垢器的除垢效果。　１．３清管仪除垢　机械清洗技术是围外近年来崛起的一项新兴管　道清洗技术，具有清洗管径范围大、距离长、速度　快、清垢彻底、无腐蚀、无污染等特点，并可实现　不停产清洗。其清垢原理：在高压清水的推动下，　清管仪在管道内运行，水流自尾翼压人清管仪内振　系统，在管壁形成爆破性射流，击打前方管壁结垢，　使其强度降低甚至破碎。同时，由于清垢仪存在一　定的过盈量，在摩擦力作用下，在前进过程中将附　着在管内壁上的污垢除下。　２　现场试验及应用　２．１　电磁、超声波防垢　收球筒、加热炉盘管、输油泵为重点结垢部位。考　虑生产成本及拆卸更换难易程度，选择更换成本高　且不易更换的加热炉作为电磁和超声波防垢的试验　设备。电磁防垢器采用缠绕方式安装在管道上，超　声波防垢器采用焊接方式将发射头安装在管道或设　备进出口。工艺流程见图ｌ。　

井组来油　总阀组Ｈ收球筒Ｈ电磁或超声波防垢器　

墨Ｈ堕　堡Ｈ三塑坌墨墨卜＿１　垫翌　图１　电磁、超声波防垢工艺流程　２．１．１　应用情况　目前，电磁防垢器和超声波防垢器已在姬塬油　田学２、学４、学５增压点及学一、学二接转站应用。　经过近８个月的运行跟踪测试，现场运行平稳，具　有较好的防垢效果，能够有效保护重点设备。　学二接转站安装防垢设备前，加热炉内结垢严　重，垢层厚度为８ｒａｍ，均匀且致密，人工清除难度　较大。安装超声波防垢器后，经过７个多月的运行，　２００９年１１月打开加热炉进行检查，发现垢层有脱　落现象，盘管内垢层呈斑驳、坑洼状，盘管内壁显　露出金属本色。　学２增压点１　加热炉盘管垢晶坚硬，呈黄色，　结垢速度快，自２００６年９月投运以来，３年共更换　盘管４次。２００９年５月，在ｌ　加热炉进口管上安装　了ＡＶＳ３００型的电磁防垢器；２００９年ｌ２月，检查发　现，进出口立管均无垢，且加热炉的进、出油压力　差由０．２０ＭＰａ降至０．１０ＭＰａ，说明电磁防垢器具有　较好的防垢效果。　根据现场实际运行情况，集输站场内总阀组、　防垢器安装前后压力变化情况详见表１。　

表１　防垢器安装前后压力对照　

注：学２增压点２　加热炉和学ｌＯ增压点加热炉未安装防垢器；学二接转站来油加热炉在安装超声波防垢器期间，由于来油杂质　较多，导致管路堵塞．经清理后压差变小　３０　郭刚等：姬塬油田防垢、除垢技术应用研究　２０１３年７月　２．１．２　应用分析　电磁防垢器和超声波防垢器具有如下优点：一　是，安装简单，运行平稳，防垢、除垢效果显著，　减少了因设备检修、停产而造成的经济损失，确保　了生产的平稳运行；二是，对操作人员无损伤、对　环境无污染；三是，设备故障率低、能耗小、运行　维护费用低；四是，防止加热炉盘管结垢，提高了　加热炉的热效率，节省能源约２０％，提高了设备运　行的经济性和安全性。同时，也存在一些缺点：一　是，两种防垢器均依靠导电体传导，遇到法兰连接　非金属垫片处则无法继续向下游传导，保护距离短，　只能作为站内重点设备防垢之用；二是，为避免影　响防垢效果，两种防垢器均须远离高压电场、强磁　场和强烈振动场所；三是，两种防垢器的一次性投　资均较高。　综上所述，电磁防垢器和超声波防垢器虽然存　在保护距离短、一次性投入高等缺点，但是，与酸　洗、更换加热炉盘管以及检修管道相比，具有防垢　及除垢效果好、利于生产、综合成本低等优点。因　此，建议在大型站场或易结垢站场中用于保护重要、　难维护设备，如，加热炉、三相分离器等。　２．２物理除垢　目前，姬塬油田应用的物理除垢器主要为ＣＧ　型除垢器，通常安装于结垢严重或有结垢趋势的工　艺流程的前端。对于两种或多种流体混合后结垢严　重的工况，可采用双进口或多进口的除垢器，使流　体在除垢器内混合。根据情况，可单台安装，也可　多台并联或串联安装。　２．２．１　应用情况　姬塬油田学１增压点、学三及学四接转站等站　场，在多层系含水原油　昆合前安装了ＣＧ型除垢器，　其运行情况详见表２。该除垢器采用物理过滤的方　式防垢，当垢晶在除垢器内沉积后，除垢器两端压　力降会逐渐上升，当设备压降达到０．３ＭＰａ以上时，　需更换滤芯。　根据现场运行情况看，安装除垢器后，加热炉　盘管及输油泵叶轮清垢周期均有所延长，一般检修　时间可以延长至约５个月（安装前，检修时间平均　为２个月）。因此，该除垢器具有一定的除垢效果，　能够有效去除不配伍层系含水原油混合后生成的　垢，保护下游设备及输油管道。　２．２．２　应用分析　该除垢器可延长站内管道检修时间，降低维修　

费用，具有一定的推广价值。建议在多层系混合外　输站场中混合点处安装使用，可作为防垢、除垢工　艺的补充。　

表２　ＣＧ型除垢器运行情况　

２．３清管仪除垢　对于站外集输管道和注水管道结垢，目前常用　的解决方式为酸洗和更换管道。酸洗工艺过程控制　难度大，容易造成管道腐蚀和环境污染，且对钡锶　垢等酸不溶物处理效果较差；更换管道工作量大、　投资高，且影响正常生产。因此，姬塬油田引入清　管仪除垢工艺，较好地解决了集输管道除垢的难题。　２．３．１　应用情况　清管仪适用于直径４８～３２３ｍｍ的管道。目前，　姬塬油田主要将其用于单井管道和增压点外输管道　的清垢，管道规格主要为＠６０ｍｍ和Ｑ８９ｍｍ，管道　长度一般为ｌ一５ｋｍ，清管费用约为２万元／ｋｍ。清　管仪在姬塬油田的应用情况见表３。　

表３清管仪在姬塬油田的应用情况　

清管施工时，先切换至备用流程，然后，将需　清垢的管道在法兰处断开，采用橇装集油箱收集前　端生产来油，确保油井不停产运行，收集的原油用　罐车拉运至周边具有卸油功能的联合站进行净化处　理。需租用水泥车１台，租金约０．２万元／ｄ；橇装集　油箱１具，费用约５万元（可重复利用）；管道端点　处需开挖１０ｍ　污水回收池１座，费用约１．５万元，　当前端污垢清出后，连同管道清出污水一同进行集