结垢对油田注水的影响

造成注水管线结垢的原因很多，包括固体颗粒沉淀、生物及化学反应、管线腐蚀等因素，结垢对注水管线所造成的危害主要有以下三个方面。

1.1 干线沿程压力损失大、末端干压低

管线结垢造成管道内部流动通道变窄，流动状况变差，从现场更换下的管线可以看出，结垢严重的管线流动通道不到原来的1/3，且内部管壁凹凸不平，通道蜿蜒曲折，这便使得注水流动摩阻大大增加，过水量大大减小，从而造成沿程压力损失大大增加。闵18注水站泵压为24.5Mpa，但南片末端干压仅为18Mpa，压降达6.5Mpa，北片末端干压仅为14Mpa，压降达10.5Mpa，远远大于理论压降。干线升级改造后（南片更换至闵40配水间，北片更换至闵20-4配水间），南片至闵40配水间压降仅为0.5Mpa，北片至闵20-4配水间压降也仅为0.5Mpa。

表1-1 闵桥注水干线改造前后效果对比

1.2 单井有效注入压力低、欠注量大

单井注水管线大部分都采用Ф40mm管径，一旦结垢流动通道相比于干线更加狭窄，这样传递到注水井井口的有效注入压力大大降低，一些启动压力高的井便完全注不进。从现场看，更换的单井管线内部仅剩类似于蚯蚓洞一样的通道，井口放空最大排量都不超过2m3/h。升级改造后欠注问题得到明显改善，累计增注量达24 m3/d。

表1-2 部分单井改造前后对比

1.3 管线垢下腐蚀严重，穿孔频繁

管线腐蚀容易导致结垢，同样管线结垢更加剧腐蚀，研究表明，注水管线内腐蚀主要以垢下腐蚀为主，垢下腐蚀原理主要是依附于管壁上的垢渣导致流体的电化学腐蚀加剧，它的腐蚀能力比普通腐蚀更强，能加速管线穿孔，根据闵桥油田注水管网穿孔记录，在改造前的一年时间里，注水干线共补漏9次，单井注水管线共补漏10次，从现场割开的管线看，漏点内侧均覆盖坚硬垢质，可见垢下腐蚀相当严重。

2 注水管线防垢及除垢工艺

目前现场应用的防垢方法主要为化学加药，如各种类型的缓蚀阻垢剂，阻垢剂一般加在联合站污水处理的出口，如闵桥油田注入水主要是在杨家坝联合站污水处理末端加药，化学加药主要是靠药剂中的长链分子包围钙镁离子，使之不易结垢，但是杨家坝污水经过长距离输送至闵18注水站，再长距离输送至各配水间，药效已大大降低，末端阻垢效果较差。

现场应用的除垢方法主要为机械清垢，包括大排量冲洗、投球扫线、酸洗、高压水射流、水力空穴射流等，2012年至今我厂对闵18注水站至闵28配水间干线采取过大排量冲洗、水力空穴射流，对闵18注水站至闵20-4配水间干线采取过投球扫线，对闵20-10、闵20-31单井管线采取过酸洗，对闵24-12、40-17单井管线采取过高压水射流，这些方法在现场都取得了一定效果，但都存在许多不足之处，因此这些方法没有得到大范围推广，表2-1列出这些方法的优缺点。

表2-1 防垢及除垢工艺对比

3 电磁防垢仪的原理及特点

3.1 防垢及除垢原理

电磁防垢仪主要采用变频共振技术达到防垢与除垢的效果，因为注水管道内的水通常80%都以水分子团的形式存在，电磁防垢仪能够自动产生一种频率变化的电信号，作用于管道上，引起管道内水分子产生共振，使氢键缔合的水分子团变成单个极性水分子，因而提高了水的活化性和溶解性，使悬浮在水中的钙离子和碳酸根离子相互碰撞，形成特殊的雯石碳酸钙晶体，其表面无电荷，因此不能再吸附在管道上，同时，极微小的水分子可以渗透、包围、溶解、去除管道内的老垢，从而达到防垢、除垢的目的，从图3-5及图3-6可以看出，未经处理的水垢是排列致密、坚硬的方解石水垢，而经除垢仪处理过的水垢是排列无序、松散的雯石水垢，通常称为絮状物软垢。

由于不同条件下水的温度、硬度、粘度、PH值不同，其共振频率也不相同。因此，只有采用变频共振技术，才能确保使不同水质条件下的水分子产生共振，从而达到防垢、溶垢的效果。

3.2 工作特点

相比于其它防垢及除垢工艺，电磁防垢仪除了解决了其它工艺所存在的不足之处，在运行效果、水质及管线影响、运行成本等方面具有较大优势，具体如表3-1所示。

表3-1 电磁防垢仪工作特点

4 现场应用情况

针对闵桥油田注水管网结垢问题，2014年10月25日10月27日，我厂技术人员经过优化选择在闵18注水站、闵20-22配水间、闵40-5井共安装了3台电磁防垢仪。

4.1 闵18注水站应用情况

在闵18注水站注水泵出口新建去往南片的分支管线上，我们安装了一台的电磁防垢仪，因为新建管线外径114mm，内径100mm，我们选择了型号F-100LY的电磁防垢仪，该型号适合处理管径为100mm，通过在新建管线上加装电磁防垢仪，我们希望在观察电磁防垢仪对新管线防垢效果的同时，有效降低新建干线的结垢速率。

图4-1 闵18注水站应用情况

4.2 闵20-22配水间应用情况

因为本次改造闵20-4配水间至闵20-22配水间干线未更换，但该段管线结垢较为严重，压降较大，闵20-22配水间注水井欠注较多，因此我们在闵20-22配水间总管线上安装了一台的电磁防垢仪，因为总管线管径为Φ114mm，我们同样选择了型号F-100LY的电磁防垢仪，通过在该段管线上加装电磁防垢仪，我们希望在观察电磁防垢仪针对老管线防垢效果的同时，提高老管线管网效率、增加注水量。

图4-2 闵20-22配水间应用情况

4.3 闵40-5井应用情况

闵40-5井注水管线虽然投产时间不长，但从现场拆下的管线看，结垢较多，在对干线进行防垢实验的同时，我们选择了闵40-5井进行溶垢实验，我们在闵40配水间闵40-5分支管线上安装了一台的电磁防垢仪，因为单井管线管径为Φ60mm，我们选择了型号F-65LY的电磁防垢仪，通过在该段管线上加装电磁防垢仪，我们希望在防止管线进一步结垢的同时，观察电磁防垢仪针对管线的溶垢效果。

图4-3 闵40-5井应用情况

5 效果分析

5.1 分析方法

图5-1 效果分析示意图

防垢效果分析主要是对比闵40井与塔1井的管线结垢情况，因为闵40井与塔1井分别位于新建的南北干线末端，其中南片在闵18注水站出口安装了电磁防垢仪，北片未安装，具体位置如图5-1中A、B两处，溶垢效果分析主要是观察闵40-5井管线原有垢质的变化情况，具体位置如图5-1中C处。

现场为了考虑不影响生产以及不破坏主干线，我们主要通过观察位于配水间及井口的流量计两侧管线的结垢变化情况来分析电磁防垢仪防垢及溶垢效果，前期在安装前我们已经打开过塔1井、闵20-22井、闵40井、闵40-5井的流量计两侧管线，观察了各流量计两侧管线内的结垢情况并做好了记录。

5.2 防垢效果分析

5.2.1 结垢情况对比

通过三个月的实验期后我们打开了南北片各观察点的管线，观察了管线内部的结垢情况，具体如下图所示，从图中可以明显看出，安装了电磁防垢仪的南片管线内部结垢情况较轻，而未装电磁防垢仪的北片管线结垢情况相对较重。

针对上述两个观察点的结垢情况，我们根据结垢面积做了量化分析，如下图所示，南片管线原始通道半径为50px，经过3个月实验期后有效通道半径为47.25px，结垢率为（∏*22-∏*1.892）/∏*22*100%=10.7%，北片管线原始通道半径为50px，经过3个月实验期后有效通道半径为41.75px，结垢率为（∏*22-∏*1.672）/∏*22*100%=30.3%，可以计算得电磁防垢仪阻垢率为（30.3%-10.7%）/30.3%=64.7%，满足阻垢率大于50%的设计要求。

5.2.2 沿程压力变化情况对比

在3个月实验期内，我们同时监测了南北两条注水干线的干压变化情况，从下表可以看出，在闵18注水站泵压保持不变、南北两条干线注水量保持相对稳定的情况下，闵40配水间干线压力降低了0.2Mpa，闵20-4配水间干线压力降低了0.5Mpa，而南片干线长度为3500m，较北片还长900m，理论上沿程压力损失变化值应较大，但实际上却小于北片，可见安装于南片管线出口的电磁防垢仪取得了较好的效果，同时3个月实验期的压降变化值为0.87%，满足变化值小于5%的设计要求。

表5-1 干线压力监测情况

5.2 溶垢效果分析

通过三个月的实验期后我们打开了闵40-5井管线，观察了管线内部原有垢质的变化情况，具体如图5-8及图5-9所示，从图中可以看出，安装了电磁防垢仪后，管道内部原有垢质明显减少，流动通道明显扩大。 

针对上述管线的溶垢情况，我们根据结垢面积做了量化分析，如图5-10及图5-11所示，闵40-5管线原始通道半径为50px，实验前有效通道半径为32.5px，有效通道面积为132.5px2，结垢率为（∏*22-∏*1.32）/∏*22*100%=57.75%， 3个月实验期后有效通道半径为37.5px，有效通道面积为176.75px2，结垢率为（∏*22-∏*1.52）/∏*22*100%=43.75%，有效通道面积增加了44.25px2，增加了原始通道面积的14%，同时可以计算得电磁防垢仪溶垢率为（57.75%-43.75%）/57.75%=24.3%。

同时实验前后我们从管道内取出部分垢样进行观察，我们发现实验前管道内的垢质是块状硬垢，且牢牢附着在管线内壁上，取出垢样较为费力，而实验后取出的垢质是絮状软垢，且不粘附在管道内壁，管道内的垢样可以轻松取出，可见电磁防垢仪对溶蚀管道内的老垢具有较好的效果。

5.3 经济效益分析

通过上述综合分析，电磁防垢仪阻垢率按67.5%计算，注水管线安装电磁防垢仪将使管线清垢频次由之前的一年一次降为三年一次，闵桥油田注水干线总长度约为10Km，管线清垢费用按20000元/Km计算，平均每年可节约管线清垢费约14万元，同时安装电磁防垢仪可以有效提高注水管网效率，降低设备动力费用，增加注水量，提高注水开发效果，间接起到增油上产作用。

6 结论

随着油田进入开发中后期，抓油必先抓水的理念已深入身心，注水工作已经成为重中之重，注水管线结垢问题严重制约了油田注水工作的顺利开展，经过广泛的实践表明，电磁防垢仪在油田注水管网防垢及除垢方面作用明显且具有良好的经济效益，可以通过该技术在油田的推广，大大提高注水管网效率，为油田稳产上产提供有力保障。