油气田地面集输系统结垢预测模型研究.pdf

2 01 2 焦 第 3 期 管 道 技 术 Pi p e l i ne Te c h n i q u e 5 设 舌 a nd Eq u i p me n t 2 01 2 No ． 3 油气 田地面集输 系统 结垢预测模型研 究 王磊 ， 唐红伟 ， 高 雨 1 ． 中石油青海油田采油二厂昆北联合站 ， 青海海西8 1 7 5 0 0； 2 ． 中石化西南局川西采气厂， 四川德阳6 1 8 0 0 0 摘要 结垢是油田采 出水集输过程 中遇到的最严重 问题之一 ， 不仅会堵塞 管道 ， 而且 可能 引起垢 下 腐蚀， 带来生产隐患。为了避免结垢造成的不 良影响 ， 应该对结垢趋势进行科 学而准确的预测。文 中 对4个常用的预测模 型进行分析、 总结， 并分别针对气田现场实例 ， 将 4个模型的预测结果与油气田现 场监测结果进行 比较 ， 发现 O d d o ． T o m s o n饱和指数法预测结果更接近真实情 况。将该模型应用在 某油 田现场， 预测结果与现场监测结果一致 ， 对油气田防垢工作有一定的实用价值 。 关键词 集输 系统 ； 结垢预测； 模型 中图分类号 T E 8 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 4 9 6 1 4 2 0 1 2 0 3～ 0 0 1 2 0 2 St ud y o f Ga t he r i n g Sy s t e m S c a l i ng Pr e di c t i o n W ANG Le i ， TANG Ho n g ． we i ， GAO Yu 1 ． Qi n g h a i O i l F i e l d C o mp a n y Oi l P r o d u c ti o n P l a n t NO． 2， Ha i x i 8 1 7 5 0 0 ， C h i n a ； 2 ． We s t e r n S i c h u a n Ga s P r o d u c t i o n d e l i v e r y o f S i n o p e e S o u t h w e s t B r a n c h， De y ang 6 1 8 0 0 0 ， C hin a Ab s t r a c t S e a l i n g i s o n e o f t h e mo s t s e r i o u s p r o b l e ms i n t h e p r o c e s s o f g a t h e rin g s y s t e m． I t ma y p l u g t h e p i p e a n d c a u s e c o r - r o s i o n u n d e r t h e s c ale， l e a d i n g t o h i d d e n d a n g e r ． I n o r d e r t o a v o i d i t ， t h i s p a p e r n e e d t o f o r e c a s t t h e t e n d e n c y ． T h e p a p e r ma k e s an a n a l y s i s o f f o u r c o mmo n l y - u s e d f o r e c a s t i n g mo d e l s a n d t h e n c o mp a r e s t h e r e s u l t s b o t h o n s i t e mo n i t o rin g ． I t c h o o s e s t h e b e t t e r o n e Od d o T o ms o n s a t u r a t i o n i n d e x me t h o d ． T h e mo d e l i s印 p l i e d t o a n o i l fi e l d a n d t h e p r e d i c t e d r e s u l t s a r e c o n s i s t e n t wi t h t h e mo n i t o r i n g ． T h i s s t u d y h a s s o me p r a c t i c a l v a l u e f o r a n t i s c a l i n g w o r k i n t h e o i l an d g a s fi e l d s ． Ke y wo r d s g a t h e rin g s y s t e m ； s c a l i n g p r e d i c t i o n； mo d e l 0 引言 目前 ， 石油天然气 的集输管线 和石油 的注水开发 系统中， 管内介质的离子平衡等条件的变化会使石油 管道结构存在结垢的可能。随着地层矿化度的增高， 成垢离子 的增加 ， 钢表面结垢现象严重。国内外 的研 究结果表明， 最常见的垢均为碳酸钙 。结垢 的基本原 因是水 中的 S O 、 C O 一 和 c a 离子含 量较高而 引 起 C a S O 4 “ ．, C a C O 沉淀。结垢会影 响油气 的集输和高 效生产， 甚至造成垢下腐蚀穿孑 L 等。 1 预测模型 目前有很多关于结垢预测的方法和模型 - 3 ， 应 用最多的是以下 4种 。 1 ． 1 L a n g e fi e饱和指数法 L a n g e li e 针对 C a C O 饱和条件建立的方程 ， 可以 预测水体中 C a C O 结垢或者腐蚀的趋势。由下面经 验方程式计算 S ／ p H -pH s p H一[ p K 2 一 p K s p C a p A f ] 1 收稿 日期 2 0 1 1 0 6 0 8 收修 改稿 日期 2 0 1 11 2 2 1 式中 S I 为饱和指数 ； p H为水 的实 际 p H值 ； p 为饱 和状态下的 p H值； p K 2 和 为经验常数； p C a 一 1 g [ c a ] ， m o l ／ L ； p A l k为总碱度的负对数 ， 总碱度 [ O H一 ] 2 [ C O 3 一 ][ H C O 3 一 ]一[ H ] 浓度 ， m o L ／ L ． O H一 和 H 的浓度可 以忽略 ， 所 以得 腩一l g 2 [ C O 3 一 ][ H C O 3 一 ] 判断标准 S I 0 时， 碳酸钙处于饱和状态， 有结垢趋势。 需要指出的是， 该指数只表示一种水产生碳酸钙 结垢 的趋势 ， 并不表示结垢 的数量 。 1 ． 2 Od d o T o ms o n饱和指数法 O d d o ． T o m s o n H 利用 p H值计算 值 ， 计算公式 如下 S I l g [ C a 2 ] [ H C O 3 一 ] p H一 2 ． 7 6 9 ． 8 8 1 0 一 1 ． 8 t3 2 6 ． 11 0 一 1 ． 8 t3 2 一 4 ． 3 9 3 51 0 一 P一 2 ． 3 4 8 S i 0 ． 7 7 0 S i 2 第 3期 王磊等 油气田地面集输 系统结垢预测模 型研究 1 3 式中 [ C a ] 、 [ H C O 一] 为离子 浓 度 ， to o l ／ L； t 为 温 度 ， ℃ ； p为绝对压力 ， MP a ； S i 为离子强度 ， m o l ／ L ． 利用这种方法， 有无气相存在均可计算 S ， 值。在 地面设备中， 利用高温、 高压 p H电极可以直接测得 p H值。将测得的 p H值代人式 2 即可计算 s ， 值， 但 要用流动盐水流 中测得 的 p H值 ， 而不 能用采集 水样 中测得的 p H值。这是因为采集水样已发生脱气， 而 且水样中的多种组份与大气中的氧发生反应， 使水样 的p H值改变， 不能代表盐水的p H值。若代人式 2 计算 值， 显然会产生误差， 从而导致预测不 可 靠。 1 ． 3 S t i ff和 Da v i s 饱和指数法 S ti ff和 D a v i s 饱和指数法是将 L a n g e li e 饱和指数 法推广应用于油 田盐水 的方法 ， 即 S I p H p H , p H一 K p C a p a l k 3 式 中 为常数 ， 它是含盐量 、 组成和水温的函数 ， 可 以 由离子强度与水温的关系曲线求得 。 判断标准与 L a n g e l i e饱和指数法相 同。 1 ． 4 R y z n a r 稳定指数法 判断油气 田结垢倾 向的 R y z n a r 稳定指数 彤 的公 式如下 S I 一 p 日 2 K一 1 g [ C a ] 一 l g p A ， c ／ ■ 9 ． 3 一一 4 15． 3 5 ． ‘ 式 中 为摩尔离子强度 ， 可以由 O d d o T o ms o n饱和指 数法中求解 的经验式求得。 油田水碳酸钙结垢趋势的判断依据为 S I 4 ． 5 ， 严重结垢 ； 4 ． 5≤ 6 ． 5 ， 轻度结垢 ； 6 ． 5 ≤S I 7 ． 0 ， 稳 定； s ， ≥7 ． 0 ， 腐蚀。 R y z n a r 指数不仅 能表明一种水 产生碳 酸钙沉淀 的趋势， 也能给出半定量结垢数量或腐蚀严重程度。 2现场应用 2 ． 1 4种模型预测与现场监测结果对 比 为了验证各个模型预测结果与现场监测结果的 吻合度 ， 首先针对 同一气 田产出水进行结垢预测 。 某气 田产 出水 中含有成垢 离子浓 度为 C a 3 2 5 4 5 7 mg ／ L 、 S O 4 一 3 1 36 0 9 mg ／ L 、 C O 3 5 2 2 6 0 7 m g ／ L ， 矿化度 5 1 6 5～ 8 2 5 3 m g ／ L ， 将预测结垢 情况与现场监测结果相对照 ， 结果见表 1 。表 1中， 模 型 1 ～ 4依次代表 1 ． 1 ～ 1 ． 4中的4 个模型。 结 果表明 模型 2 O d d o T o ms o n饱和指数法 预 测结果与监测结果一致， 其他模型预测结果与现场实 际情况不符合 。 表 1 4种模型结垢预测与实测结果对 比 2 ． 2 应用 Od d o - T o ms o n饱 和指数法预 测油 田结垢 趋势 针对某油田的结垢环境， 选用模型2 O d d o T o m - s o n饱和指数法 进行结垢 趋势预测并与监测结果进 行对比。 某油 田生产 井 产 出水 中含 有 成垢 离 子浓 度 为 C a 1 8 0 33 0 5 5 m g ／ L 、 S O 4 一 1 1 3 4 1 6 m g ／ L 、 C O 3 一 3 6 85 0 9 mg ／ L ， 矿化度 为 3 1 2 0 3～5 0 0 2 3 mg ／ L ， 预测与监测结果对 比见表 2 。 表 2 Od d o - T o n m o n饱和指数法预测与实测对比 结果表明 O d d o T o m s o n饱和指数法预测结果与现 场测试结果吻合较好。 3 结束语 在针对 油 气 田现 场 情 况 的实 际应 用 中， O d d o T o m s o n 饱和指数法的预测结果与油气田现场监测结 果基本一致， 效果较理想， 有一定的实用价值。 参考文献 [ 1 ] 窦丹， 邢晓凯． 换热器中析晶垢结垢过程的预测模型． 管 道技术与设备 ， 2 0 0 9 3 3 2 3 4 ． [ 2 ] 朱义吾． 油田开发的结垢机理及防治技术． 西安 陕西科 学技术出版社， 1 9 9 5 9 51 0 2 ． [ 3 ] 冯国强， 俞敦义， 金名惠． 中原油田水碳酸钙结垢倾 向预 测软件及应用． 油田化学， 2 0 0 0 ， 1 7 3 2 1 2 2 1 5 ． [ 4 ] O D D O J E， T O MS O N M B ． wh y s c a l e f o r ms a n d h o w p r e ． d i c t ． S P E 2 1 7 0， 1 9 9 4 4 75 3 ． [ 5 ] O D D O J E， T O M S O N M B ． S i m p l if i e d C a C O 3 s a t u r a t i o n a t h i t e mp e r a t u r e s a n d p r e s s u r e i n b r i n e s o l u t i o n ． 胛， 1 9 8 2 7 7 8 0 ． 作者简介 王磊 1 9 8 4 一 ， 研究方向为油气田工程技术。