油田集输系统的诱导成垢装置及方法与流程

本发明涉及一种油田集输系统的诱导成垢装置及方法。

背景技术：

近年来，随着经济的快速发展，油田企业也获得了长足的发展，成为我国产业中的重要一环，对推动我国国民经济的发展做出了巨大贡献。但是随着油田的开采，国内很多油田已陆陆续续地进入高含水期，结垢问题日益突出，严重制约了油田开采的发展，增加了开采的成本。结垢发生在油井与地面集输系统，不仅会对油层造成损害或堵塞油田管线，还会给生产带来极大危害，使产量降低，能耗增加，难以连续操作，甚至长期停工停产，给油田带来极大的经济损失。

随着技术的不断发展，油田中所用的防垢技术也变得更加多样化，日趋先进和成熟。目前油田上普遍采用的是化学阻垢方法，即在油田管线中添加阻垢剂。这种化学阻垢在一定程度上能够起到阻垢效果，但在油田集输系统中添加化学物质，不仅会对油品性质产生影响，同时也会对油田集输设备产生危害。再者，化学阻垢剂需要周期性添加，因此在一定程度上会造成人力、物力的浪费。

超声波、电磁、脉冲等物理防垢技术正好弥补了化学防垢技术的缺陷，但现有的物理防垢技术并没有根本解决油田水结垢问题，只是通过物理手段防止在特定设备上结垢，并没有降低油田水中的成垢离子含量，因此油田水还会在集输系统的其他管线及设备中结垢。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术中不足，提供了一种无需添加化学试剂，在油田集输系统过程中的油田集输系统的诱导成垢方法。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

油田集输系统的诱导成垢装置，包括金属罐体，金属罐体上设置有进水口和出水口，金属罐体内设置有电极，电极包括阳极板和阴极板，阳极板和阴极板呈筒状，阳极板和阴极板之间填充网状材料。

本发明进一步的改进在于，阳极板和阴极板卷成多层筒状。

本发明进一步的改进在于，网状材料的材质为pvc。

本发明进一步的改进在于，电极通过支撑装置设置在金属罐体内部。

本发明进一步的改进在于，金属罐体为水平设置的圆柱形筒体，进水口设置于筒体一端，出水口设置于筒体另一端。

本发明进一步的改进在于，阳极板采用钛基阳极板，阴极板材料为合金。

本发明进一步的改进在于，网状材料中沿阳极板长度方向设置有若干平行的孔道。

本发明进一步的改进在于，孔道的数量为30～90个。

本发明进一步的改进在于，网状材料的密度为3～7kg/m³

基于上述装置的油田集输系统的诱导成垢方法，将油田集输系统的油田水通入进水口中，油田水经过电极以及网状材料后，由出水口排出。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明首先改变了常规的防垢思路，提出了“变防垢为成垢”的理念，其次在水罐中采用电化学集中诱导成垢装置进行成垢，后续的除垢容易实现，具体优点如下：

1.在电化学集中诱导成垢装置里，网状材料填充在阴阳两极板中，形成层状结构，将其卷成螺旋式。这样最直接的好处是在有限的空间内增大了阳极板和阴极板之间能够结垢的面积。

2.在环保、可持续发展问题上，本发明采用电化学集中诱导成垢技术，不添加任何化学药剂，因此不会对原油的性质以及集输设备产生负面影响，从而节约了化学药剂成本，无二次污染问题。

3.与其他防垢技术相比，本发明采用电化学集中诱导成垢技术，改变了油田水的组成，使油田水中的成垢离子集中结垢，从而降低了油田水中的成垢离子含量，进而保护了油田集输管线及设备，从根本上解决了油田集输系统结垢问题。

4.在设备清洗方面，本发明采用集中诱导成垢技术，使成垢离子在指定位置上集中结垢，因此只需要对集中成垢装置进行清洗。填充部分可进行反冲洗，重复利用。相比较于化学防垢技术、以及常规的物理防垢技术，极大的节约了管线及设备的清洗成本。

进一步的，可以在网状材料中设置有若干平行的孔道，增加油田水与阳极板和阴极板之间能够结垢的面积，提升除垢效果。

进一步的，采用pvc作填充材料，成本低，可以光降解，对环境不会造成太大污染和危害，可进行反冲洗，重复利用。

附图说明

图1为本发明的装置结构示意图。

图2为网状材料填充位置示意图。

图3为出水口和进水口设置在两端的结构示意图。

图4为孔道结构示意图。

图5为装置出口处阴离子浓度变化图。

图6为装置出口处阳离子浓度变化图。

图7为装置中结垢量变化图。

图1中，1为金属罐体，2为进水口，3为出水口，4为电极，5为阳极板，6为阴极板，7为网状材料，8为孔道，9为支撑装置，10为底座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

参见图1、图2、图3和图4，油田集输系统的诱导成垢装置，主要由三部分组成：金属罐体1、电极和由pvc制作的网状材料。金属罐体1为水平设置的圆柱形筒体。金属罐体1设置在底座10上。

参见图1，金属罐体1为圆柱形，分别设有进水口2、手孔以及出水口3，进水口2设置于金属罐体1的一端下方，出水口3设置于金属罐体1另一端的上方，水流从一个切面进入(进水口2)从另一个切面(出水口3)流出。

参见图3，进水口2设置于金属罐体1的一端，出水口3设置于金属罐体1另一端，金属罐体1的半径设为0.5m、高为1m，主要根据油田的产量和油田水中的成垢离子含量确定。金属罐体1一方面降低了油田水的流速，使成垢离子更容易沉积；另一方面对整个集输系统中关于垢的清洗，金属罐体1的清洗十分方便，而且成本低。

参见图2，金属罐体1内设置有电极4，电极包括阳极板5和阴极板6，其中阳极板5使用钛基阳极板，阴极板6材料为合金，油田污水中cl^-质量浓度较高，易造成不锈钢腐蚀，因此不宜选用304不锈钢作为阴极材料。阳极板5和阴极板6的面积、厚度以及板间距均可调节，面积范围为1m²～4m²、厚度为2mm～4mm、阳极板5和阴极板6间距为1cm～3cm，选择较大阴极板面积，阳离子的吸附率升高，有利于成垢；选择较薄的电极板，阳极板5和阴极板6卷成筒状，阳极板5和阴极板6为螺旋形，即为多层。阳极板5和阴极板6之间填充由pvc制作成的网状材料7。

网状材料7具有网状结构。

参见图4，优选的，网状材料7中沿阳极板5长度方向设置有若干平行的孔道8，即网状材料7为网孔状中空式结构。孔道8的内径为1mm，网状结构和网孔状中空式结构两种最直接的特点是在有限的空间内增大了阳极板5和阴极板6之间能够结垢的面积，而且还能起到防腐的效果，阻止成垢离子在电极上沉积，对电极造成危害，同时由pvc制作的网状材料可进行反冲洗，继续使用。此外，使用较小的极板间距，较小的极板间距可以降低电压，节省电能，不造成大量的电能消耗。调节依据取决于处理之后的油田水中成垢离子含量。电极板所需能量由太阳能提供，降低技术成本，不消耗大量能量。

本发明装置的油田集输系统的诱导成垢方法如下：

1)根据现场调研和油田水取样分析结果，确定电化学集中诱导成垢试验装置的参数(对于日输送量范围为101～251m³，成垢离子含量为1222.795～4774.965mol/l时，电极板的面积、电极板厚度以及板间距均可调节，电极板的面积为1m²～4m²、电极板厚度2mm～4mm、两电极的间距为1cm～3cm；网状填充材料的密度为3～7kg/m³，孔道数量为30～90个。

2)安装油田集输系统的诱导成垢装置，安装位置为油田集输系统的进口。因为这时油田水中的成垢离子最高更容易结垢；另一方面，防止了集输系统中所有管线及设备结垢。再者，在油田集输系统的诱导成垢装置处设有备用装置，当设备在维修或清洗时，能够保证集输系统的正常运转。

3)试验数据记录，每隔12小时检测油田集输系统的诱导成垢装置出水处3油田水中的成垢离子含量。通过与进水口2处的离子质量浓度对比，进一步调整电极板参数，使出口处3成垢离子含量达到最低。

4)根据处理量，确定油田集输系统的诱导成垢装置的反冲洗周期。当处理量达到1000m³时进行反冲洗。

本发明采用集中诱导成垢技术方法原理：在集输系统中增加电化学设备，通过静电引力作用使ca²⁺、mg²⁺、ba²⁺在阴极板富集，人为造成阴极板附近局部区域ca²⁺、mg²⁺、ba²⁺的质量浓度远大于水溶液中ca²⁺、mg²⁺、ba²⁺的质量浓度，形成局部过饱和，并与水中co3^2-、so4^2-、oh^-在阴极区域发生反应从而结垢、沉淀，一种是将聚氯乙烯(pvc)制作的网状材料填充至阴阳极板中，形成层状结构，将其卷成螺旋式。另外一种是网状材料7中，沿阳极板5长度方向设置有若干平行的孔道8，即为中空式，此部分连续且密集。当油田水通过该装置时，会在pvc制作的网状材料上沉积出大量的水垢。

下面为具体实施例。

实施例1

针对于日输送量为101m³，成垢离子含量为1222.795mol/l，采用的装置中电极板面积1m²(1m×1m)，电极板厚度为3mm，板间距为2cm，将pvc制作的网状材料填充至阴阳两极板中，形成孔状蜗牛螺旋式结构，填充密度为3kg/m³。当油田水通过该装置时，会在pvc制作的网状材料上沉积出水垢。记录装置出口成垢离子含量和装置内垢样的质量。采用0.5mol/l的稀盐酸对装置进行反冲洗。

实施例2

针对于日输送量为101m³，成垢离子含量为1222.795mol/l，采用的装置中电极板面积2.25m²(1.5m×1.5m)，电极板厚度为3mm，板间距为2cm，将pvc制作的网状材料填充至阴阳两极板中，形成孔状蜗牛螺旋式结构，填充密度为5kg/m³。当油田水通过该装置时，会在pvc制作的网状材料上沉积出水垢。记录装置出口成垢离子含量和装置内垢样的质量。采用0.5mol/l的稀盐酸对装置进行反冲洗。

实施例3

针对于日输送量为101m³，成垢离子含量为1222.795mol/l，采用的装置中电极板面积3m²(1.5m×2m)，电极板厚度为3mm，板间距为2cm，将pvc制作的网状材料填充至阴阳两极板中，形成孔状蜗牛螺旋式结构，填充密度为7kg/m³。当油田水通过该装置时，会在pvc制作的网状材料上沉积出水垢。记录装置出口成垢离子含量和装置内垢样的质量。采用0.5mol/l的稀盐酸对装置进行反冲洗。

实施例4

针对于日输送量为251m³，成垢离子含量为4774.965mol/l，采用的装置中电极板面积1m²(1m×1m)，电极板厚度为3mm，板间距为2cm，将pvc制成中空密集螺旋结构(孔道数为30)，然后填充至阴阳两极板中。当油田水通过该装置时，会在填充材料上沉积出水垢。记录装置出口成垢离子含量和装置内垢样的质量。采用0.5mol/l的稀盐酸对装置进行反冲洗。

实施例5

针对于日输送量为251m³，成垢离子含量为4774.965mol/l，采用的装置中电极板面积2.25m²(1.5m×1.5m)，电极板厚度为3mm，板间距为2cm，将pvc制成中空密集螺旋结构(孔道数为50)，然后填充至阴阳两极板中。当油田水通过该装置时，会在填充材料上沉积出水垢。记录装置出口成垢离子含量和装置内垢样的质量。采用0.5mol/l的稀盐酸对装置进行反冲洗。

实施例6

针对于日输送量为251m³，成垢离子含量为4774.965mol/l，采用的装置中电极板面积3m²(1.5m×2m)，电极板厚度为3mm，板间距为2cm，将pvc制成中空密集螺旋结构(孔道数为70)，然后填充至阴阳两极板中。当油田水通过该装置时，会在填充材料上沉积出水垢。记录装置出口成垢离子含量和装置内垢样的质量。采用0.5mol/l的稀盐酸对装置进行反冲洗。

实施例7

针对于日输送量为251m³，成垢离子含量为4774.965mol/l，采用的装置中电极板面积4m²(2m×2m)，电极板厚度为3mm，板间距为2cm，将pvc制成中空密集螺旋结构(孔道数为90)，然后填充至阴阳两极板中。当油田水通过该装置时，会在填充材料上沉积出水垢。记录装置出口成垢离子含量和装置内垢样的质量。采用0.5mol/l的稀盐酸对装置进行反冲洗。

实施例1至实施例7的数据如表1所示。

表1实施例1-7的数据：

对实施例2进行性能测试：

去除率评价：电化学集中诱导成垢装置中电极板面积参数为2.25m²，电极板厚度为3mm，板间距为2cm。通过测得处理前后ca²⁺、mg²⁺、ba²⁺、sr²⁺以及so4^2-、co3^2-的质量浓度变化，算出去除率，以及测得处理前后ca²⁺、mg²⁺、ba²⁺、sr²⁺以及so4^2-、co3^2-的结垢量变化，得到相应的结果如下表2和表3所示。

ci——出口处离子浓度(mol/l)

c0——进口处离子浓度(mol/l)

结垢量评价：电化学集中诱导成垢装置中电极板面积参数为2.25m²，电极板厚度为3mm，板间距为2cm。通过测得处理前后ca²⁺、mg²⁺、ba²⁺、sr²⁺以及so4^2-、co3^2-的结垢量变化，得到相应的结果如下表3所示。

阴离子(co3^2-、so4^2-)去除率评价：

检测试验装置出口处阴离子浓度含量。

表2阴离子浓度变化

由表2和图5可以看出，油田水经过试验装置后，成垢阴离子浓度急剧降低。但随着电极单位面积处理量的增加，试验装置中成垢离子的含量轻微增加。

阳离子(ca²⁺、mg²⁺、ba²⁺+sr²⁺)去除率评价：

检测试验装置出口处阳离子浓度含量。

表3阳离子浓度变化

由表3和图5可以看出，油田水经过试验装置后，成垢阳离子浓度急剧降低。但随着电极单位面积处理量的增加，试验装置中成垢离子的含量轻微增加。

结垢量评价：

对罐子内的垢样进行称重。

表4结垢量变化

由表4和图7可以看出，随着电极单位面积处理量的增加，试验装置内垢样质量增加。当电极单位面积处理量为1270m³时，试验装置内垢样增加比较明显，随着处理量的继续增加，垢样增加变慢。这时试验装置内存在大量的垢样，导致电极的成垢效率降低。