长庆油田X 增压站结垢原因分析及治理

刘贵宾，翁华涛，韩创辉，闫强伟，赵 娜

（西安长庆化工集团有限公司，陕西西安 710018）

长庆油田X 增压站于2009 年11 月建成投运，平均日处理液量1 030 m3，上游来液包括：SJ 增压站220 m3/d（含水82 %）、SS 增压站450 m3/d（含水46%）、W07 井组100 m3/d（含水47 %）、S46 井组60 m3/d（含水34 %）、S54 井组20 m3/d（含水92 %）以及SQ 转油站180 m3/d（含水0.1 %）。

2013 年9 月，因结垢更换站内管线。2013 年12月，总机关压力上升、加热炉效率降低、加热炉进出口压差，对缓冲罐、加热炉等管线拆卸检查，发现站内管网再次结垢，平均结垢厚度达15 mm。

通过图1 可以看出，X 增压站原油集输管线结垢严重部位在缓冲罐进口处，而这个部位正是井组来液与上级增压站来液的汇集处，可以初步判断导致管线结垢的原因为两处来液不配伍。

1 X 增压站垢型分析

依据行业标准《SY/T 5516-2000 碳酸盐岩化学分析方法》[1]对X 增压站管线垢样进行分析。

图1 X 增压站工艺流程

XRD 测试结果为：X 增压站管线垢样中含钡天青石（Ba，SrSO4）95 %，石膏（CaSO4·2H2O）5 %。

图2 X 增压站管线垢样能谱分析图

SEM 能谱测试结果为：X 增压站管线垢样中含Ba元素含量约为27 %，Sr 元素含量约10 %，且Ks（BaSO4）=1.1×10-10，Ks（SrSO4）=2.8×10-7。

综合XRD 测试、SEM 能谱测试分析结果，判定X增压站管线垢样以BaSO4为主，含有少量的SrSO4、CaSO4垢。

2 X 增压站水型分析

2.1 水型分析方法

依据行业标准《SY/T 5523-2006 油田水分析方法》[2]对具有代表性的不同地点的水样进行分析，具体实验结果（见表2）。

2.2 水型实验结论

由实验数据可知，现场水样矿化度非常高，最低为64.19 g/L，最高达到124.99 g/L。现场水中Ba2+含量高，存在一定量的Ca2+及SO42-，不存在CO32-。

由表2 可知，SJ 增压站（220 m3/d，含水82 %）Ba2+含量特别高，达到0.52 g/L，是硫酸钡锶垢成垢阳离子的主要来源，同时Ca2+含量特别高，达到7.47 g/L，是硫酸钙垢成垢阳离子的主要来源；S54 井组（20 m3/d，含水92 %）SO42-含量高，达到5.13 g/L，是成垢阴离子的主要来源。SQ 转油站来液含水只有0.1 %，对X 增压站结垢影响很小，因此不做讨论。

表1 X 增压站管线垢样能谱分析数据

表2 水型分析化验结果

3 X 增压站结垢治理

针对X 增压站原油集输系统结垢严重的问题，结合垢型、水型分析结果，通过室内阻垢效果评价，将CQ-ZG02 复合阻垢剂用于X 增压站结垢治理。

3.1 CQ-ZG02 复合阻垢剂作用机理

CQ-ZG02 复合阻垢剂是一种无磷、非氮的“绿色”环保型多功能阻垢剂，主要成分为聚环氧琥珀酸盐，其对水中的碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡有良好的阻垢分散性能，阻垢效果优于常用有机膦类阻垢剂。

（1）螯合作用：阻垢剂中的部分活性基团对成垢阳离子具有一定的螯合力，发生了螯合作用，所以加入阻垢剂后，可封锁部分成垢阳离子，抑制其与阴离子的反应，从而阻止结垢。

（2）低剂量效应：指加入相对水中结垢成分的阳离子浓度低得多的阻垢剂，即可抑制大量成垢离子的结晶作用，所显示出来的阻垢效果。这是因为在过饱和溶液中，存在大量小于临界半径的小晶体垢，由于所加入的阻垢剂对小晶体中的晶核和晶体的活性点有特殊的吸附能力，并可通过物理或化学作用，吸附在上面，使界面能大大增加，界面能越高，晶体的临界半径越大，小晶体从水中析出就越困难，从而实现了宏观的低剂量效应。

（3）晶格畸变作用：晶体在生长时，首先在晶体的扭折位置生长晶格，而且扭折位置是晶体界面上最稳定的位置。当溶液为过饱和液时，微溶盐分子到达扭折位置的几率最大，因而晶体可正常地生长；而当溶液中存在阻垢剂时，将吸附在晶体扭折位置，占据了晶体正常生长的晶格位置，抑制晶体有规律生长，从而大大破坏结晶的规整性，使晶格变形。由于发生畸变的晶体形状很不规则，难以通过有序紧密排列形成坚硬的垢块。

3.2 现场治理方案

为了确定现场应用时CQ-ZG02 复合阻垢剂的加药浓度，在室内采用络合滴定法对CQ-ZG02 复合阻垢剂进行CaCO3、CaSO4及BaSO4三种垢型阻垢效果评价，实验结果（见图3）。

图3 不同投加浓度下CQ-ZG02 的阻垢率

由图3 可知，在加药浓度为35 mg/L 时，CQ-ZG02复合阻垢剂对CaCO3、CaSO4、BaSO4的阻垢率均达到90 %以上；在加药浓度为30 mg/L 时，CQ-ZG02 复合阻垢剂对CaCO3、CaSO4的阻垢率均达到96 %，对BaSO4的阻垢率也能达到84 %；若加药浓度进一步降低，则对BaSO4的阻垢率下降较为明显，为求使用效果及成本最优化，此次现场试验加药浓度定为30 mg/L。

X 增压站平均日处理液量1 030 m3，依据现场垢型及采出水水型分析结果，在SJ 增压站每日投加CQZG02 复合阻垢剂30.9 kg，加药方式为连续投加，可有效防止硫酸钡、硫酸锶及硫酸钙垢的生成。同时，更换X 增压站缓冲罐进口端管线，作为试验效果观测点。

4 试验效果及结论

图4 CQ-ZG02 复合阻垢剂现场应用效果

（1）经过为期三个月的现场应用后，技术人员对观测点管线进行拆卸，发现管线内部没有结垢，CQ-ZG02复合阻垢剂的现场阻垢效果明显，X 增压站结垢治理取得成功。

（2）长庆油田X 增压站原油集输管线结垢严重的原因为井组来液与上级增压站来液不配伍，从而导致产生大量BaSO4垢及少量的SrSO4、CaSO4垢。

（3）CQ-ZG02 复合阻垢剂是一种环保型多功能阻垢剂，在加药浓度为30 mg/L 时，对CaCO3、CaSO4的阻垢率达到90 %以上；在加药浓度为60 mg/L 时，对BaSO4、CaCO3、CaSO4的阻垢率均达到90 %以上。

［1］ 中华人民共和国石油天然气行业标准.SY/T 5516-2000 碳酸盐岩化学分析方法［S］.北京：石油工业出版社，2000.

［2］ 中华人民共和国石油天然气行业标准.SY/T 5523-2006 油田水分析方法［S］.北京：石油工业出版社，2006.