一种用于三元复合驱采油井采出水防垢除垢的系统及方法与流程

本发明属于油田集输过程中的防垢系统，尤其涉及一种用于三元复合驱采油井采出水防垢除垢的系统及方法。

背景技术

三元复合驱油技术可比水驱技术提高20％的原油采收率而成为最有前景的化学驱采油技术，目前已被大庆油田确定为实现持续稳产的主导技术之一。但与此同时，三元复合驱中的强碱在注入的过程中会与地层中岩石矿物发生化学反应，造成储层岩石的溶蚀和脱落，导致采出水中含有大量si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等结垢离子，在地面集输的过程中，随着温度、压力、ph等物理、化学因素的变化钙、镁、硅等成垢离子会再次沉积形成复杂的混合垢，结垢会损坏地面集输设备，造成停产；同时结垢可能造成集输管线堵塞，易产生安全事故，从而阻碍三元复合驱油技术的大面积推广。目前，大庆油田主要通过加入各类阻垢剂来控制集输过程中的结垢问题，防垢剂的加入在一定时间内可以防止垢的产生，具有较好的处理效果。

目前，国内外关于三元复合驱采出水阻垢的研究成果有：

中国专利文献cn106380535a公开了一种用于三元复合驱结垢的阻垢剂，该阻垢剂通过二甲基马来酸酐、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酸这三种单体在有机溶剂中共聚而成，该阻垢剂不含有磷物质，合成工艺简单，反应条件温和，且合成的共聚物的阻垢能力强，纯度高，用量少也可达到较好的阻垢效果。但该阻垢剂的加入易污染水质，同时也存在热稳定性不高等问题，进而影响阻垢效果。

论文“三元复合驱硅垢防垢剂sy-kd的合成及应用”公开了一种用于三元复合驱采油井的硅垢阻垢剂的合成方法，采用丙烯酸(aa)和对甲基烯丙基氧基苯磺酸(mbs)共聚形成的高分子(caabs)与2-膦酸丁烷-1，2，4-三羧酸(pbtc)复配制备sy-kd防垢剂，kd防垢剂中的羧基官能团通过氢键相互作用与原硅酸分子发生键合，进而阻止硅酸分子或二聚体聚合形成二氧化硅。sy-kd防垢剂可以使结垢油井平均检泵周期由50d增加到300d。但是，该阻垢剂只对硅垢的形成具有很好的抑制作用，对钙垢、镁垢等无明显效果，同时使用费用较高。

综上所述，现有化学防垢技术主要存在问题有：(1)化学阻垢剂使用费用较高；(2)化学阻垢剂易污染水质；(3)化学阻垢剂性质不稳定，易受运行环境影响；(4)化学阻垢剂只对部分结垢离子具有较好效果；(5)化学阻垢剂只具有防垢效果，无除垢效果。而现有技术中对于上述问题，尚缺乏有效的解决方案。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于三元复合驱采油井采出水防垢除垢的系统及方法，采用铜基触媒合金来产生自由电子，降低了水体阳离子浓度，使水体产生极化现象，达到阻垢目的，同时可根据阻垢效果的好坏来对系统运行进行调节，以达到最佳阻垢效果。

本发明所采用的技术方案是：

本发明的第一目的是提供一种用于三元复合驱采油井采出水防垢除垢的系统，该系统包括除垢装置、入口离子浓度监测点、出口离子浓度监测点和调节系统；所述入口离子浓度监测点设置在与除垢装置入口连接的入口管道上，用于取样并测量入口管道中水样的结垢离子浓度，所述出口离子浓度监测点设置在与除垢装置出口连接的出口管道上，用于取样并测量出口管道中水样的结垢离子浓度；所述调节系统包括调节管路和安装在调节管路上的泵，所述调节管路的一端与出口管道连接，另一端与入口管道连接，通过泵将经过防垢装置处理后的水泵入调节管路后，再次流入防垢装置。

作为本发明的进一步限定，所述除垢装置包括壳体和若干个设置在壳体内的除垢板，所述壳体为空心圆柱体结构，所述壳体的一端设置有入口连接端口，另一端设置有出口连接端口。

作为本发明的进一步限定，所述除垢板采用铜基触媒合金材料制成，所述除垢板上设置有多个均匀分布且半径相同的通孔。

作为本发明的进一步限定，所述壳体、出口连接端口、入口连接端口的内壁分别涂有纳米复合双层防垢涂层，所述壳体、出口连接端口、入口连接端口的外壁分别涂有聚苯胺防腐涂层。

作为本发明的进一步限定，所述调节管路与出口管道连接的一端设置有入口阀门，所述调节管路与入口道连接的另一端设置有出口阀门。

作为本发明的进一步限定，位于泵与出口阀门之间的调节管路上还依次设置有用于调节调节管路流量的调节阀和用于调控调节阀开度的电磁流量计。

作为本发明的进一步限定，还包括便携式离子浓度监测仪，所述便携式离子浓度监测仪，用于测量从入口离子浓度监测点和出口离子浓度监测点取样的水样中结垢离子浓度的大小。

本发明的第二目的是提供一种用于三元复合驱采油井采出水防垢除垢的方法，该方法包括以下步骤：

关闭入口阀门和出口阀门，油田采出水经过入口管道流入除垢装置，经除垢装置处理后的采出水流入出口管道；

在入口离子浓度监测点和出口离子浓度监测点分别取出入口管道和出口管道中水样，并测量入口管道和出口管道的水样中结垢离子浓度；

比较入口管道和出口管道的水样中结垢离子浓度大小；

若出口管道的水样中结垢离子浓度小于入口管道的水样中结垢离子浓度，且大于结垢的临界指标，则采用调节系统进行调节，使出口管道的水样中离子浓度小于结垢的临界指标。

作为本发明的进一步限定，所述采用调节系统进行调节方法为：

打开调节管路上的入口阀门和出口阀门，通过泵将出口管道中采出水泵入调节管路中，通过电磁流量计来调控调节阀的开度，从而来调节管内的流量大小，使采出水以1～2m/s的流速再次流入防垢装置中，使经过除垢装置处理后的采出水的结垢离子浓度小于结垢的临界指标。

作为本发明的进一步限定，若出口管道的水样中结垢离子浓度小于入口管道的水样中结垢离子浓度，且小于结垢的临界指标，则不需要采用调节系统进行调节，经过除垢装置处理后的采出水经出口管道流出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过该合金向水中释放自由电子来降低水中结垢离子的浓度来防止垢的产生，无需添加化学阻垢剂，不会污染水质，同时系统运行稳定，作用时间更长，处理效果更好；同时兼具阻垢功能和除垢功能；

(2)本发明成本低，无需进行设备维护，运行综合费用更低；

(3)本发明设有调节系统，可根据除垢效果的好坏随时进行调节，增强了设备的工况的适应性，提高了阻垢效果。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明实施例一用于三元复合驱采油井采出水防垢除垢的系统的结构图；

图2是本发明实施例二用于三元复合驱采油井采出水防垢除垢的系统的结构图；

其中，1、除垢装置，2、壳体，3、除垢板，4、入口连接端口，5、出口连接端口，6、入口离子浓度监测点，7、出口离子浓度监测点，8、入口阀门，9、泵，10、调节阀，11、电磁流量计，12、出口阀门，13、调节系统，14、调节管路。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有化学防垢技术主要存在不足有：(1)化学阻垢剂使用费用较高；(2)化学阻垢剂易污染水质；(3)化学阻垢剂性质不稳定，易受运行环境影响；(4)化学阻垢剂只对部分结垢离子具有较好效果；(5)化学阻垢剂只具有防垢效果，无除垢效果。

为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种用于三元复合驱采油井采出水防垢除垢的系统及方法，采用铜基触媒合金来产生自由电子，降低了水体的si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子浓度，使水体产生极化现象，达到阻垢目的，同时可根据阻垢效果的好坏来对系统运行进行调节，以达到最佳阻垢效果。

实施例一

图1是本发明实施例一用于三元复合驱采油井采出水防垢除垢的系统结构图。如图1所示，该系统包括离子浓度监测点、防垢装置和调节系统。

所述除垢装置1包括壳体2和设置在壳体内的除垢板3，所述壳体2的一端设置有入口连接端口4，另一端设置有出口连接端口5。

所述壳体的入口连接端口4连接的入口管道上设置有入口离子浓度监测点6，用于取样入口管道中水样，用来测量入口管道中水样的离子浓度大小；所述壳体的出口连接端口连接的出口管道上设置有出口离子浓度监测点7，用于取样出口管道中水样，用来测量出口管道中水样的离子浓度大小；所述防垢装置1设置于入口离子浓度监测点6、出口离子浓度监测点7的中间。

所述调节系统13包括调节管路14和设置在调节管路上的泵9，所述泵9将出口管道中水泵入调节管路14。通过设置调节系统，可根据除垢装置1除垢效果的好坏实现流动调节，以增强除垢效果，具有自动控制与调节功能，扩大了除垢装置的工程适用范围。

本实施例中，所述入口离子浓度监测点6设置在入口管道上，所述出口离子浓度监测点7设置在出口管道上，通过这两个监测点取样，来测量与除垢装置的入口连接端口连接的入口管道的结垢离子浓度大小，以及与除垢装置的出口连接端口连接的出口管道的结垢离子浓度大小。

优选地，所述泵9采用防爆电动离心泵，所述电动离心泵将经过防垢装置1处理后的流体泵入调节管路14。

本实施例中，所述壳体2为空心圆柱体结构，所述壳体内部均匀设置有多个除垢板3。所述壳体2的内壁涂有纳米复合双层防垢涂层，所述壳体2的外壁涂有聚苯胺防腐涂层；所述出口连接端口5、入口连接端口4内壁涂有纳米复合双层防垢涂层，外壁涂有聚苯胺防腐涂层。

优选地，所述除垢板3采用铜基触媒合金材料制成，采出水在一定的流速下与除垢板碰撞，铜基触媒合金持续向水中释放自由电子，以降低水中ca²⁺/mg²⁺/si²⁺等阳离子浓度，进而达到阻垢的目的；所述除垢板3为圆柱体结构，所述除垢板3上设置有多个均匀分布且半径相同的通孔，实现过滤。

由于铜基触媒合金的运行的ph范围为：3～10，最佳流速范围为：1m/s～2.0m/s。因此，运行过程中要保持体系中的ph值介于3到10之间，同时流速也控制在1m/s～2.0m/s的范围之内。

本发明通过铜基触媒合金向水中释放自由电子来降低水中si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等结垢离子的浓度来防止垢的产生，无需添加化学阻垢剂，不会污染水质，同时系统运行稳定，作用时间更长，处理效果更好。

本发明实施例中除垢装置的工作原理为：

当流体流经该除垢装置时，流体会与除垢板表面产生碰撞，进而铜基触媒合金向水体中持续释放自由电子，从而改变水体的静电位，降低了si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺⁺等阳离子浓度，使水体产生极化现象，使水体中的阴、阳离子不易结合，从而降低成垢指数，达到阻垢的目的。同时，静电位的改变和水体分子的极化效应，在孔板与流体之间形成弱电场，使已经有的垢盐发生结构转变，使已经板结的垢逐渐溶解、松软、脱落、达到除垢的目的。

实施例二

图2是本发明实施例一用于三元复合驱采油井采出水防垢除垢的系统结构图。如图2所示，本发明实施例二在实施例一的基础上，在调节管路上设置了入口阀门8、调节阀10、电磁流量计11和出口阀门12；所述入口阀门8设置在调节管路与出口管道连接的一端，所述出口阀门12设置在调节管路与入口管道连接的另一端，所述调节阀10设置于泵9与电磁流量计11的中间，所述电磁流量计11用来调控调节阀10的开度。

通过设置调节系统，可根据除垢装置1除垢效果的好坏实现流动调节，以增强除垢效果，具有自动控制与调节功能，扩大了除垢装置的工程适用范围。

具体地，所述泵9采用防爆电动离心泵，所述电动离心泵将经过防垢装置1处理后的流体泵入调节管路14，所述调节阀10设置于泵9与电磁流量计11的中间，所述调节阀10用来调节调节管路14的流量，所述电磁流量计11具有防爆功能，用来调控调节阀10的开度，以使管内流速满足防垢装置运行的流速要求。

该调节系统的工作原理为：

除垢装置开始工作时，关闭调节管路上的入口阀门7和出口阀门12，油田采出水经除垢装置处理后，比较出口处si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子的浓度与入口处si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子的浓度的大小。

如果出口处si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子的浓度小于入口处si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子的浓度，但si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子的浓度仍大于结垢的临界指标，则打开调节管路上的入口阀门7和出口阀门12，用泵9将流体泵入调节管路中，通过调节调节阀10的开度来调节管内的流量大小，同时通过电磁流量11计来调控调节阀的开度，从而使采出水以1～2m/s的流速再次流入防垢装置1中，以增强阻垢效果。

另外，本发明实施例提出的系统还包括便携式离子浓度监测仪，所述便携式离子浓度监测仪，用于测量从入口离子浓度监测点和出口离子浓度监测点取样的水样中离子浓度的大小。

本发明实施例二的用于三元复合驱采油井采出水防垢除垢的系统的其他结构均与实施例一相同，而且工作原理也与实施例一相同。

实施例三

本发明实施例三提出一种用于三元复合驱采油井采出水防垢除垢的方法。该方法是基于本发明实施例二提出的用于三元复合驱采油井采出水防垢除垢的系统实现的。该方法包括以下步骤：

s101，首先关闭调节系统中的入口阀门8和出口阀门12，油田采出水在一定的流速下流经入口离子浓度监测点6，在此处进行取样，并采用便携式离子浓度检测仪测量并记录此时水样中si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子浓度的大小。

s102，然后油田采出水通过入口连接端口4流入防垢装置1，在一定的流速作用下与除垢板表面产生碰撞，除垢板的材料为铜基触媒合金，该铜基触媒合金在采出水的撞击下会自动向体系中持续释放自由电子，改变水体的静电位，降低水体中si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子浓度，使水体产生极化现象，致使水体中的阴、阳离子不易结合，降低成垢指数，达到阻垢的目的。

s103，最后采出水经出口连接端口5流入出口管段，在出口离子浓度检测点7取样检测，并记录处理之后的采出水中si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子浓度的大小，然后将出口离子浓度监测点处水中si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子大小与入口离子浓度监测点处水中si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子浓度的大小进行对比，以判断处理效果的好坏。

s104，如果出口处si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子的浓度小于入口处si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子的浓度，则说明防垢装置具有防垢功能，同时如果此时si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子的浓度已经小于结垢的临界指标，则不需要采用调节系统进行调节。

s105，如果出口处si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子的浓度小于入口处si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子的浓度，但si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子的浓度仍大于结垢的临界指标，则说明需要采用调节系统进行调节，以使采出水的小于si⁴⁺、ca²⁺、mg²⁺等阳离子的浓度小于结垢所需的最小离子浓度。此时，打开调节管路上的入口阀门7和出口阀门12，用泵9将流体泵入调节管路中，通过调节调节阀10的开度来调节管内的流量大小，同时通过电磁流量11计来调控调节阀的开度，从而使采出水以1～2m/s的流速再次流入防垢装置1中，以增强阻垢效果。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)本发明通过该合金向水中释放自由电子来降低水中结垢离子的浓度来防止垢的产生，无需添加化学阻垢剂，不会污染水质，同时系统运行稳定，作用时间更长，处理效果更好；同时兼具阻垢功能和除垢功能；

(2)本发明成本低，无需进行设备维护，运行综合费用更低；

(3)本发明设有调节系统，可根据除垢效果的好坏随时进行调节，增强了设备的工况的适应性，提高了阻垢效果。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。