输水管线成垢机理及生物剂除垢技术研究与应用_蔡少辉.pdf

202312技术应用与研究122Modern Chemical Research当代化工研究输水管线成垢机理及生物剂除垢技术研究与应用蔡少辉（中国石化化工股份有限公司 山西 041099）摘要：本文围绕水管线成垢机理与除垢技术展开讨论，旨在借助本文的论述，让更多的人了解管线除垢技术，促进行业的发展。只有深入了解煤层气井下管注及地面管线结垢的危害才能积极研究成垢机理，寻找和开发更好的防垢技术和工艺。关键词：水管线；成垢；除垢中图分类号：TE 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.12.040Research and Application of Scaling Mechanism and Biological Agent Descaling Technology in Water Transmission PipelineCai Shaohui(Sinopec Chemical Co.,Ltd.,Shanxi,041099)Abstract：This article discusses the scaling mechanism and descaling technology of water pipelines,with the purpose of enabling more peo-ple to understand pipeline descaling technology and promoting the development of the industry.Only by thoroughly understanding the hazards of scal-ing in underground pipe injection and surface pipelines of coalbed methane can we actively study the scaling mechanism and seek and develop better scaling prevention technologies and processes.Key words：water pipeline；scaling；descaling1.结垢危害及除垢必要性结垢的危害：积垢的产生能够在水管线表面形成污垢，在管内造成内部区域的阻力，从而降低了输水量及其速度，继而对产气量造成不可估量的损失。众所周知，结垢可以造成水管线内部流通面积的缩小，在井下的结垢还可能引起储层渗透率降低等问题。储层伤害直接影响着采气的产能。以山西临煤采气现场为案例：主要体现输水效率降低，管线内部压差增大，泵压升高，形成在水管线的堵塞，从而造成生产成本增加。另一方面，结垢部位可能成为设备腐蚀的起点和中心，会造成设备的损坏甚至报废。针对输水生产过程中结垢严重，影响正常生产的技术难题，通过对输水系统成垢原因和结垢机理的研究，调查摸清成垢规律，搞清结垢的形成过程，及时掌握结垢速率及沿程水质变化规律，研究出有针对性的防垢除垢工艺技术。2.垢样及成垢原因分析(1)结垢原因及影响因素研究以某气田垢样组成为案例：结垢产生的原因是水中各成垢离子在不同环境下发生各种不同的物理和化学变化，通过这些复杂的变化，煤层气带出的污水中含有煤粉、泥沙及难溶的、不溶的物质，与离子的结合和温度压力的变化，这些物质容易形成水垢。(2)水质离子组成对结垢的影响规律研究水中Ca2+、Mg2+、CO32-等成垢离子含量较高，结垢程度较为严重。水中Ca2+、Mg2+、CO32-等成垢离子含量较低，结垢程度较弱。(3)系统环境对结垢的影响规律研究从结垢趋势上来看，出口端结垢程度高于进口端结垢程度。pH值对结垢的影响也比较大，压力、流速、细菌和氧气含量等对输水系统结垢也有一定的影响。水质分析的方法遵循中华人民共和国地质矿产行业标准DZ/T 0064.1-0064.80-1993和中华人民共和国国家标准GB/T 15454-1995进行；水质分析内容及方法：碳酸根、碳酸氢根和氢氧根含量的测定。钠、铵、钾、镁和钙离子含量的测定。氯离子、氟离子、溴离子、硝酸根和硫酸根离子含量的测定。水中溶解氧含量的测定。水温和pH值的测定。水中固相含量的测定。能否成功地除去生产系统积垢，在很大程度上取决于对垢的组成认识。在一定条件下，某些特定的水202312技术应用与研究123Modern Chemical Research当代化工研究能预测到会结某种类型的垢，但是，解决问题的唯一可靠方法是对水管线上的固体结垢进行分析。分析方法：目观：垢样呈棕黄色，具有沉积韵律的层状结构，表明沉积逐渐。遵循中华人民共和国天然气行业标准SY/T 0600-1997油田水污垢组分测定检测垢样的成分。(4)分析结果表1 水管线垢样成份CaCO3MgCO3Fe2O3CaSO4灼烧减量含量/%70.012.22.80.015.0从表1可以看出，管线中的垢物主要成分是碳酸盐垢，占82.2%；其次是灼烧减量，占15.0%（里面包含油垢和少量细菌垢等有机垢）；铁垢含量最少，为2.8%。成垢机理分析：可溶性盐类积聚，结晶析出堵塞井下管柱及地面输水管线，日积月累形成结垢。钙镁离子、铁离子、铝离子、硫酸盐、磷酸盐、硅酸盐等随着温度、压力及管内磨阻等因素的变化而形成结垢。3.除垢试验过程(1)常用的除垢法化学除垢法对于注水管道矿物结垢，一般采用酸洗，工业上常用盐酸、硫酸、磷酸清除水垢，其反应机理如下：CaCO3+2HClCaCl2+CO2+H2O （1）MgCO3+2HClMgCl2+CO2+H2O （2）在除垢的同时也除了铁锈，其反应机理如下：FeO+2HClFeCl2+H2O （3）Fe2O3+6HCl2FeCl3+3H2O （4）Fe3O4+8HCl2FeCl3+4H2O+FeCl2 （5）生成的氯化亚铁和三氯化铁能溶于酸溶液中，酸洗对管内壁的腐蚀性较严重，且易产生硫化氢气体，残渣容易对管内造成二次堵塞，酸洗后需进行镫化防腐处理，成本较高。物理除垢法物理除垢的方法很多，从应用一般的机械力除垢发展到现在的水力射流除垢、超声波除垢、磁力除垢、量子除垢等工艺。机械除垢对管线弯头部分无法进行处理，且处理后的残渣容易遗留在管内造成二次堵塞，机械除垢在施工过程中极易刮擦管内壁造成内防腐或母材的破坏。生物除垢法生物除垢法的应用优势：除垢时间短，除垢效果好，不会产生有毒气体；残液易于反排，无毒易处理，不会造成二次结垢；对油管腐蚀性较小；而且价格便宜、技术经济可行等优势，符合HSE管理要求。以国内产品HX10-2生物除垢剂在临煤生产中的运用。HX10-2生物除垢剂是一种能够去除水垢、油垢等物质的清洁剂。它一般由表面活性剂、螯合剂、缓蚀剂等多种成分组成。其中表面活性剂是去垢剂的主要成分，它能够降低水的表面张力，使水能够容易地侵入到污垢中。(2)生物除垢法的实验情况根据现有的煤层气井结垢程度的区域分布情况，本次清垢剂试验选井主要分布在西北部和南部两个结垢严重的区域。按照覆盖高产气井、中产气井、低产气井、高产液井、中产液井、低产液井的原则，分别在W103平台、W89平台、W70平台优选2口井（井号加粗部分）进行现场清垢剂的实验。W103平台：该平台有7口井，其中3口井曾于今年进行过检泵作业，提出的油管结垢严重，井1自下而上第1158根油管结垢比较严重。井2全井段油管结垢严重，自下而上第1125根油管结垢严重，有2口井泵筒及固定凡尔被煤泥堵死。剩余4口井中选取2口井进行清垢现场试验，其生产情况统计如表2。W89平台：该平台有6口井，其中1口井曾于今年进行过检泵作业，提出的油管自下而上第1135根结垢严重，泵筒及固定凡尔被垢片和煤泥堵死。剩余5口井中选取2口井进行清垢现场试验，其生产情况统计如表3。W70平台：该平台有6口井，其中2口井曾进行过检泵作业，井1泵上第1107根油管内壁结垢严重，全表2 W103平台两口备选井生产情况井号井段/m日产液/m动液面/m套压/MPa井底流压/MPa人工井底/m检泵周期/d实验后检泵周期/d井11446.8-1451.60.101447.560.540.541488.42674953井21382.4-1386.40.101326.340.811.211421.569391105表3 W89平台两口备选井生产情况井号井段/m日产液/m动液面/m套压/MPa井底流压/MPa人工井底/m检泵周期/d实验后检泵周期/d井1 1316.5-1321.00.831041.380.432.941354.248511096井21393.0-1397.63.66742.740.906.511428.689031012202312技术应用与研究124Modern Chemical Research当代化工研究井段油管无偏磨、无腐蚀情况，自下而上第184根抽油杆结垢严重；井2泵筒内被煤泥堵死，自下而上第 151根油管结垢严重。130根抽油杆结垢严重。剩余6口井中选取1口井进行清垢现场试验，其生产情况统计如表4。生物剂对地面污水管线运行的实验情况，以W140#-W145#污水管线除垢前后压力的运行实验对比。表5 W140#-W145#污水管线除垢前后对比实验W140#-W145#污水管线管线长度/m管线直径/mm压力/MPa清洗前339073-251.6清洗后339073-550.34.项目经济分析输水系统维修作业耗资巨大，特别是受地理环境影响，处理一次输水管线漏失一般需几千元，如果一个矿区漏失严重或堵塞的输水管网，则处理漏失或更换管线，耗资在几百万元。采气井维修一次在1万 3万元左右，再加上材料费，则一个有几十口结垢井的采气矿区每年修井费用也要几百万元。如果再加输水泵等各种工具的维修替换费用，一个采气矿光因结垢发生的年费用就会在千万元。生物除垢剂在该气田的项目经济分析，除井下及地面除垢外，现已广泛应用于压缩机、风冷片等方面，所创造的经济效益颇多。（1）延长了修井周期，提高产能。（2）避免地面管线的堵塞、腐蚀、穿孔，规避了环保污染。（3）避免了设备损坏、延长设备安全运行时间。（4）能耗降低，据初步统计每年可节约成本达千万元。5.结束语生物除垢剂是一种新型的除垢材料，其除垢性能优秀，适合在水管线中推广，提升水管线除垢的效果与水平，因此，在实践中应大力推广。12人，10分钟即可完成的整个清洗及日常防垢工作。不需要设置专业施工队伍。先期在W103平台、W89平台和W70平台进行了试验清洗，清法生物除业技术都达到了预期效果，在取得试验效果的同时于2022年2月在W140#-W145#污水输水管线进行了实验，清洗后所有输水系统效果明显，降低了压差，具体参数如表5。清洗前W140#-W145#年污少，全长3390m，因结坏严重致使7355mm的污水输水管线变经为不足7325mm，由于污水不能正常输出，造成该区块气井无法正常排采，采用生物除垢技术后，由原来的污水输出压力1.6MPa降低到0.3MPa，除垢效果明显，污水输水系统完全恢复到初始效果。目前该区块生产气井全部进入系统重产。而且该产品用于正在运行期间的中央空调冷冻与冷却循环水系统，用药过程对整个系统的正常运行无任何影响，随着污垢的清除，系统运行状态越来越好。整个清洗过程不腐蚀铜、铝、镀锌层、碳钢及不锈钢等任何金属，没有可见垢渣产生，不存在堵塞管道、过滤网问题：清洗完成后，呈现出新安装时才能看到的崭新状态，非常清晰。通过采用本产品，从而达到了系统长期运行过程中无垢化清洁运行的理想状态。改变了传统水处理仅对钙、镁离子作用的研究模式，该产品是以直接研究与水垢分子发生作用为机理的，全新的革命性研究成果。不仅在我国，在世界各国清洗及水处理领域中，将会引起较大的技术变革。【参考文献】1蒋伟,郑云萍,司先锋,等.油田水结垢预测研究综述J.特种油气藏,2006(05):15-18+104.2庞万成.A油田井筒维护的研究与认识J.中国石油和化工标准与质量,2013,33(24):87.3肖曾利,蒲春生,时宇,等.油田水无机结垢及预测技术研究进展J.断块油气田,2004(06):76-78+94.4侯光祥.输油管道中防除垢技术的研究进展J.内蒙古石油化工,2008,34(21):15-16.5林木,杨红,董志国,等.注水井垢的成因及机理分析J.今日科苑,2007(16):102.6金元宪.朝阳沟油田油井清防垢技术研究D.大庆石油学院,2003.7郭飞.高含水油井井筒维护管理J.化工设计通讯,2019,45(06):243-244.8曹晓明,王智,李栋.井下作业技术及井筒维护技术浅谈J.中国石油和化工标准与质量,2022,42(03):167-168.9朱小娟.煤矿井筒机械安装技术分析及维护策略探究J.装备制造技术,2022(03):166-168.【作者简介】蔡少辉（1989-），男，汉族，本科，工程师，研究方向：工艺集输。表4 W70平台备选井生产情况井号井段/m日产液/m动液面/m套压/MPa井底流压/MPa人工井底/m检泵周期/d实验后检泵周期/d井11313.9-1319.30.511314.000.851.081409.99674833