1、毕业论文油田结垢原因及其防垢研究毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。 对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日 期: 使用授权说明本人完全了解 XX 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;
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3、。本文为油田的放垢措施进行可行了性的指导作用。1. 关键词:油田结垢 油田防垢 目录第一章 绪论1.1 选题的背景及意义1.2 国内外油田防垢研究现状第二章 普通结垢原因及防垢机理2.1 油田结垢机理及影响因素2.2 防垢机理2.3 防垢技术第三章 水驱结垢预测及治理措施的研究3.1 本章概述3.2 成垢趋势的预测3.3 超声波防垢的研究3.4 本章小结第四章 小结参考文献致谢第一章 绪论1.1 选题的背景及意义1.1.1 油田结垢的危害目前,由于各大油田的原油开采已进入了高含水期,随着油田采出液含水的上升,地面系统结垢现象日趋严重,而结垢造成了油井被堵,产液量下降,浪费了能源,严重时造成抽油
4、杆拉断,油井关井,甚至报废。阻碍了原油生产,造成了很大的经济损失。管道结垢后使管道缩径,流通截面积变小,造成压力损失、排量减小及管道堵塞,还会诱发管道局部腐蚀,导致管道漏失频繁,甚至穿孔,造成破坏性事故3,4 。为了保证油田的稳产、增产,合理有效地预防、清除结垢,成为油田开发中不容忽视的一项需要解决的现实问题。 在长期的生产作业实践中,人们发现油气田结垢的危害主要反映在两个方面,一是对通道畅通的影响;二是对通道物质的腐蚀5。具体表现在如下几个方面:(1)一般地,与水接触的设备管道内表面结垢后,往往还有粘泥附者,可能造成不同程度的堵塞和管道腐蚀。(2)结垢往往使管线的截面积变小,设备的处理能力降
5、低,必然增加输液能力或处理费用,这样既出现减产,又增加成本。(3)地下岩层和油气通道也存在水垢和污物堵塞的麻烦,造成油气产量下降,设施寿命缩短,能耗增加,运转成本上升,甚至使油气井停产,造成较大经济损失。(4)注水系统发生水垢堵塞问题时,垢物和污物、盐类、氧化铁等粘结在一起,造成注水压力上升,流量下降,增加能耗并降低生产能力。(5)化学结垢经常造成生产损失或报废,沉积物会堵塞井眼、油管、阀们、套管射孔,井下泵会发生阻塞,地面管线及设备的运转受到限制。(6)最为严重的是垢物堵塞和腐蚀管道时,压力增加可能出现管道爆炸现象,造成不良后果。1.1.2 油田结垢的治理意义结垢影响油气田的正常生产,甚至带
6、来很大的经济损失,给油田的安全生产带来了隐患。结垢治理具有非常重要的意义,不仅能节省管道腐蚀的设备费用,提高石油利用率,同时还能避免结垢严重时可能发生的爆炸事故。现阶段各大油田对于结垢问题多采取针对性防腐、防垢措施,既是开发中后期高含水区块集输系统的需要,又是维持油田正常生产和提高油田开发综合效益的重要途径。因此,迫切需要实用的清洗技术来处理管道结垢,以保证原油生产正常进行。1.2 国内外油田防垢研究现状121 单一的碳酸钙垢预测技术油气田进入开发中后期为了提高采收率,普遍采用注水采油、排水采气等新工艺,油田水往往造成地层、油套管、井下和地面设备及集输管线结垢。结垢影响油气田的正常生产,甚至带
7、来很大的经济损失。如果能准确预测油气田的结垢趋势、结垢部位,就能合理地采取相应措施,国内外在防垢研究方面取得了飞速的进展,下面对国内外防垢技术进行总结。一、Davis-Stiff 饱和指数法早在 1936 年朗格利尔(Langlier)根据碳酸钙的溶解平衡原理提出了有名的饱和指数法21 。后来,Davis 和 Stiff 将这一指标应用到油田,该方法主要考虑了系统中的热力学条件。预测公式为:SI=pH-pHs=pH-(K+pCa+pAlk)(1-12 )式中:SI 为结垢指数;pH 为系统中实际的 pH 值;pHs 为系统中 CaCO3 达到饱和时的 pH 值;K 为修正系数,是含盐量、水组成
8、和温度的函数,由离子强度与水温度关系曲线查得。判断标准:若 SI0 有结垢趋势。pCa 为 Ca 离子浓度(mol/L) 的负对数,pCa2+=-lgCa2+-1 ;pAlK 为总碱度(mol/L)的负对数,pAlK=lg(2CO32-+HCO3-)-1 。由于该方法为一般经验式,方便简单,故应用较为广泛。目前许多科技人员仍利用这种方法来判断油气田结垢趋势。饱和指数法仅考虑热力学条件,因此预测的结果与实际情况相差较大。二、Ryznar 稳定指数法其后,罗兹那(Ryznar) 根据饱和指数的含义,对各种水的实验资料和给水系统的实际情况及运行结果进行总结,提出了稳定指数概念22,23。预测方程式如
9、下:SAI=2pHs-pH=2(K+pCa+pAlK)-pH(1-13)判断标准:SAI6 ,无结垢趋势;SAIC 时不结垢。使用该法的预测结果与现场实际基本相符,而且计算简单,科技人员经常使用该法来粗略测算油田水硫酸钙的结垢倾向。离子浓度、压力增加可提高 CaSO4的溶解度,然而温度升高又会增加石膏的沉淀。所以要准确预测硫酸钙垢仍比较困难,建议在实际应用时,可考虑与 Stiff 饱和指数法结合起来进行预测,效果会更好。由于 BaSO4 和 CaSO4 具有相似性,因此该法也适应 BaSO4 垢预测,其预测模型 1978 年由 Culberson 等人研制成功。二、Jacques 等的 SrS
10、O4 垢的预测方法1983 年,Jacques 等基于对 SrSO4 在氯化钠水溶液中溶解性的研究,推导出压力为 689-20684kPa,温度为 38-149,总离子强度为 0-3.43 的 SrSO4 溶解性数学模型: S=Q/Ksp, Q=Sr2+SO42-( 1-16)式中:Q 为 Sr2+和 SO42-浓度的总积,mg/L;S 为溶液总积与溶度积的比值。判断是否发生 SrSO4 垢的标准:当 S1.0 时可能有结垢;S1.0 时不会结垢;S=1.0时溶解处于平衡状态。在长庆油田,用该方法对三种不同的地层水进行结垢预测,计算结果与现场实际吻合得很好。此法并未考虑结晶动力学因素及其它硫酸
11、盐的影响,作为单一的硫酸锶垢预测还是可行的。三、硫酸盐共沉淀复合垢预测方法Mingdong Yuan 改进的复合垢预测模型:从热力学平衡原理计算出发,考虑了温度、压力因素对不同离子结垢时的相互影响,应用 Pitzer 方程计算硫酸盐物质溶解度,建立了硫酸盐结垢趋势预测模型。可预测 SO42-作为公用离子的多种硫酸盐共同沉淀情况,并考虑 NaCl、Na2SO4、MgCl2、CaCl2 等多种组分对结垢的影响。地表及油层不同温度和压力下,硫酸盐的过饱和度和沉淀量的计算值来判断硫酸盐的结垢趋势。该模型对 Forties 油田的硫酸盐结垢趋势进行了预测,结论与现场观察结果符合良好。其缺点就是该模型只适用于 25-150范围内,且未考虑特殊离子如 K+和 HCO3 的作用。硅垢的预测模型2003 年,李萍等人针对三元复合驱,根据溶度积理论建立了硅垢预测模型,其表达式为:SiO2(s,非晶质)+2H2O=H4SiO4 (Ksp=210-3) (1-17)式中:Ksp 为 25时非晶质 SiO2 的溶度积常数;K 和 Q 分别为式(1-18)