油水管線清洗技術介紹 （氣脈沖清洗技術）
一、概述
1、管垢概述
油田進入中后期開發(fā)后，含水逐步上升，在采出的水中含有較高的成垢離子如鈣、鎂、鋇、鍶等。這些離子的存在，導致了管道和設備在不同程度上存在CaCO3 、MgSO4 、BaSO4、SrSO4的結垢問題。由于管道結垢（結垢厚度一般在5mm～20mm之間），造成管道內徑縮小，甚至堵塞管道，嚴重影響了油田的正常生產。致使有些管道用了很短的時間就要報廢更換。這在很大程度上加大了油田開采成本，降低了經(jīng)濟效益。
2、油田結垢機理
在油田生產過程中，垢的形成遠比日常生活中要復雜的多，但管道的結垢一般可以分成下面四步：
**步：水中的成垢離子結合形成溶解度很小的鹽類分子：
Ca2+＋SO42→CaSO4
Ba2+＋SO42→BaSO4
Ca2+＋CO32→CaCO3
第二步：由于結晶作用，使上述鹽類分子間相互結合排列并形成微晶體，產生晶粒化過程，生成晶核。
第三步：大量的離子以晶核為中心，逐漸形成晶體方塊，長大后的晶體方塊沉積到管壁上，形成了致密的垢層。
第四步：由于不同的條件，形成不同產狀的結垢。
3、碳酸鹽結垢機理
從油田垢樣分析，碳酸鹽的垢主要以鈣、鎂離子與碳酸根或碳酸氫根結合而形成的，反應式如下：
Ca2+＋CO32→CaCO3↓
Ca2++ 2HCO3= CaCO3↓＋CO2↑+ H2O
Ｍg2+＋2HCO3=ＭgCO3↓＋CO2↑+ H2O
碳酸鹽垢是油田生產過程中*為常見的一種沉積物。在25℃，溶解度0.053g/L。隨著溫度的升高，溶解度逐步降低，在地面系統(tǒng)中，由于溫度升高，壓力降低，溶解度降低，使CaCO3沉淀增加。
4、硫酸鹽結垢機理
油田硫酸鹽類型的垢主要有CaSO4、BaSO4和BrSO4，從現(xiàn)場調查來看，以CaSO4*為多見。硫酸鹽從水中沉淀的反應如下：
對于CaSO4垢，在38℃以下時，生成物主要為石膏CaSO4·2H2O，超過這個溫度主要生成硬石膏CaSO4，有時還伴有半水硫酸鈣CaSO4·1/2H2O。硫酸鹽垢的形成主要是由于兩種不相容的水相互混合，如不同水型的油井產出液在計量（轉油）站混合，都可能產生硫酸鹽結垢。
5、腐蝕垢的結垢機理
如油田硫化氫含量在50～150mg/L之間，遠高于正常含量（0～10mg/l），污水溫度在（ 55℃～70℃以上 ），更加劇了硫化氫的腐蝕程度。硫化氫引起腐蝕主要是硫化氫與鐵反應，由于條件和環(huán)境的不同，將產生多種晶體形成的腐蝕產物硫化鐵，其通式一般表示為FexSY，如FeS2和FeS，當有氧存在時，氧和鐵反應生成Fe2O3、Fe3O4等，這些結晶體在適宜的環(huán)境下在管道內沉淀，形成垢。
6、其它沉積物
油田回注污水雖然經(jīng)過處理，但其中仍中含有少量的油滴及懸浮物，在管道內流動過程中，逐步沉淀在管道內或黏附在管道內壁結成的垢上，日積月累逐步堵塞管道。
7、結垢的影響因素
油田油水管線成垢的影響因素很多，不但有物理化學的因素，還有流動過程中的因素。
1）成垢離子的濃度
在過去的試驗研究中，發(fā)現(xiàn)介質中成垢離子的含量越高，形成垢的可能性就越大。對于某一特定類型的結晶體，當超過了它在一定溫度和pH值下的可容性界限時，就形成垢沉積下來。還有就是當所處系統(tǒng)的條件改變，成垢離子濃度發(fā)生變化，介質原有的平衡破壞，趨于一種新的平衡，于是就產生結垢。
2）水的成分
水中鹽量增加，通常能增大成垢離子的濃度，這是一種鹽效應。由于在含鹽量低的水中，妨礙成垢離子間相互吸引和結合的非成垢離子較少。具有關資料介紹，CaCO3在200g/L鹽水中的溶解度比純水中大2.5倍；而BaSO4，在120g/L鹽水中溶解度比純水中大13倍。
3）壓力和溫度
碳酸鈣的溶解度隨著溫度的升高和CO2的分壓降降低而減少，后者的影響尤為重要，見圖2-1。因為在系統(tǒng)內的任何部位，壓力降低都可能產生碳酸鈣沉淀，發(fā)生下述反應：
Ca2++ 2HCO3－ 互逆 CaCO3↓+ CO2↑+H2O
顯然，如果系統(tǒng)內壓力降低，溶液中CO2減少，促使反應向右進行，導致CaCO3沉淀。
8、管垢例圖
二、管垢造成的不良影響
1、輸水系統(tǒng)無功損耗增加，效率降低
由于注水管道結垢，壓損大，管道末點壓力底，為保證配注，泵站提高運行壓力，造成注水系統(tǒng)無功損耗增加，整體效率降低，另外，由于管道結垢壓損大，造成部分水井采取單井增注，能耗增加，管理及維修工作量增加。
2、造成回注污水水質的二次污染
由于管道結垢，對回注水水質造成二次污染，污染油層，注水壓力上升，直接影響油田開發(fā)。
3、形成**隱患
由于管道結垢，壓損增大，系統(tǒng)運行壓力升高，造成地面注水設施承壓升高，形成**隱患。
三、綠色**的物理清管技術
氣脈沖清洗技術是采用專用設備對管道進行清洗，不添加任何化學藥劑，具有不腐蝕管線、沒有酸液排放、不產生有毒有害氣體等特點，是綠色**的管道清洗技術。
四、“氣脈沖”清管技術介紹
這項清管技術經(jīng)過不斷實踐與更新，已經(jīng)在油田得到了廣泛的應用并贏得了一致好評。我公司經(jīng)過不斷吸收同行業(yè)的技術優(yōu)點，利用自身從事管道清洗施工經(jīng)驗結合機械設備并采用氣體瞬間爆破產生的強大氣流原理，自主研發(fā)，擁有**知識產權的專利“氣脈沖發(fā)生器”。
1、其優(yōu)勢如下：
①**構造
我公司研發(fā)的氣脈沖清洗設備是由空壓機、儲水槽、脈沖發(fā)生器三大部分組成，脈沖發(fā)生器具有自動設定脈沖壓力，壓力輸出穩(wěn)定，不會出現(xiàn)脈沖壓力忽高忽低，對管線造成損傷。
②清垢原理
將壓縮氣體和水送入脈沖震蕩發(fā)生器，在與振腔中產生共振后，水氣流通過出口，以脈沖方式噴入充滿流水的管道中，隨著壓縮氣體的急速膨脹和氣泡的爆裂，管道中的水流突然加速，猛烈地沖刷管束內壁，在強勁剪切力的作用下，垢層疲勞，松動，脫落，并隨水流走。
氣脈沖除垢工藝例圖
2、技術優(yōu)點
● 可清洗復雜管線：不受管徑變徑、管線T接等影響；
● 不會出現(xiàn)通球過程中出現(xiàn)的卡球現(xiàn)象，造成管線長時間停止使用；
● 清洗速度快，時間較短。
五、適用范圍
● 應用范圍廣：石油、化工、工業(yè)設備、油田各類管線、高壓注水管線、采暖管網(wǎng)、給排水管網(wǎng)、道路雨排、各類**管線、水循環(huán)系統(tǒng)、鍋爐、熱交換設備、**空調系統(tǒng)等均可采用此技術。
六、氣脈沖清洗施工工藝
施工準備 →施工技術及**交底—機械設備安裝→吹掃→氣脈沖工藝吹掃→清水清洗→排放→工藝恢復→結束。
6.1施工步驟
● 施工準備：所有施工人員進場待命，機具設備材料進場備用；
● 管道停水泄壓，甲方負責協(xié)調；
● 在首端進水口處安裝氣脈沖裝置及水泵接頭，用1臺水罐車供水；
● 在末端出水口處安裝放空頭，關閉其它閥門，用1臺或多臺水罐車吸收垢液；
● 使用空壓機吹掃管線內污水，在出水口處用罐車回收污水；
● 吹掃結束后，使用氣脈沖裝置對注水管道進行清垢，壓力控制為0.1-4MPa,用1臺或多臺水罐車在出口處進行回收至污水池，待垢液清掃干凈后，恢復工藝，清洗結束；
● 清洗前后要進行水質、垢質取樣，以備驗收時使用。
七、技術應用情況
“氣脈沖”清管技術是物理方法清洗中、長距離管道和盤管式加熱爐方面另一項管道清洗技術，主要針對油田管線中低壓力，且不能使用“高壓射流”技術施工的如供水、摻水等管線。我公司與多家管道清洗公司合作，從技術研發(fā)到現(xiàn)場施工，有一套完善的施工方案及**處理預案。我們對油田管線及結垢特點了如指掌，可提供切實可行的解決方案，能迅速滿足個性化的現(xiàn)場需求，并可根據(jù)客戶要求對產品不斷進行改進，能夠做到產品個性化及定制化。
八、 “氣脈沖”清洗技術案例
管垢例圖
案例：
工現(xiàn)場圖
排污口管垢狀態(tài)圖
管線清洗效果對比圖
除垢前照片 除垢后照片
除垢前照片 除垢后照片
備注：注水管道實施除垢后，有效降低管道結垢對回注水產生的二次污染。
甲方評價結論：施工方能夠按照施工要求進行施工，在規(guī)定的時間內較好的保證施工完成，綜合節(jié)能效果跟蹤表，注水管道清洗清垢效果達到了項目的預期技術指標， 達到了合同的要求標準。
九、氣脈沖施工**保障措施
我公司從2012年開始推廣應用“氣脈沖”除垢技術，經(jīng)過多年以來對施工中容易出現(xiàn)的問題了如指掌，為了更好的服務甲方，根據(jù)自身在施工中取得的經(jīng)驗，有一套較為完善的管道除垢施工方案及**保障措施，施工人員分工明確，有效地保證了如在施工過程中出現(xiàn)突發(fā)情況，能夠快速有效的避免因突發(fā)情況給施工人員及甲方管道設施、生產設備等造成損失。
十、公司目標
我公司坐落在大慶油田內，作為一家科技技術型公司，心系油田的生產建設，近年來積極主動的深入油田各個采油廠基層單位，與基層技術人員進行溝通交流，為了更好地服務于油田建設，公司將積極參與并大力度研發(fā)對采油廠輸油、輸水工藝環(huán)節(jié)的節(jié)能降耗工作，力求將不符合綠色**的油水管線清洗工藝改造成先進、綠色、**型的清洗工藝，以實現(xiàn)為個采油廠生產過程中達到降壓損、降污染、降能耗目標。能夠為油田采油廠提供經(jīng)得起考驗的**產品是我們公司永恒的目標。
大慶利恒科技開發(fā)有限公司
