油田水的防垢和除垢技术

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1、第十章油田水的防垢与除垢技术结垢机理及影响因素油田防垢技术的应用油田常用的防垢剂及作用机理油田化学除垢2134一、结垢机理及影响因素油田水常见的水垢与影响因素名称碳酸钙硫酸钙硫酸钡硫酸锶铁化合物碳酸亚铁硫化亚铁氢氧化亚铁氢氧化铁氧化铁化学式CaCO3CaSO4·2H2O(石膏)CaSO4(无水石膏)BaSO4SrSO4FeCO3FeSFe(OH)2Fe(OH)3Fe2O3结垢的主要因素二氧化碳分压、温度、含盐量、pH值温度、压力、含盐量温度、含盐量腐蚀、溶解气体、pH值一、结垢机理及影响因素结垢是油田水水质控制

2、遇到的最严重的问题之一，结垢可以在地层和井筒的任何地方发生，结垢的危害：–降低传热效果；–引起管道、设备腐蚀；–降低水流道面积，增大水流阻力和能耗；–增加清洗费用和停产时间；一、结垢机理及影响因素碳酸钙结垢机理碳酸钙垢[CaCO3]是由于钙离子与碳酸根或碳酸氢根结合而生成的，反应如下：Ca2++CO32-＝CaCO3↓Ca2++2HCO-＝CaCO3↓+CO2↑+H2O在油井生产过程中，当流体从高压地层流向压力较低的井筒时，CO2分压下降，水组分改变，就成为CaCO3溶解度下降并析出沉淀的主要原因之一。其平衡常

3、数K为：2+−2+−[CaCO(固)][H][H]+碳酸钙结垢倾向性预测公式饱和指数等于水的实际pH值与在该条件下(温度、碱度、硬度和总溶解固体相同)被碳酸钙饱和的pH值(以pHs表示之)之差：SI=pH-pHs碳酸钙在水中建立溶解平衡后CaCO3(S)+H+Ca2++HCO-K＝[Ca][HCO3]＝[Ca][HCO3]＋3取对数pHs=p[Ca2+]+p[HCO3-]-pK又pK等于pK2和pKSP之差(K2为HCO3-)的电离常数，KSP为碳酸钙的溶度积)，K也可又离子强度与水温的关系表中查得：12碳酸钙

4、结垢倾向性预测公式SI=pH-K-p[Ca2+]-p[HCO3-]式中：SI——结垢指数；pH——系统中实际pH值；pHS——系统中的碳酸钙达饱和时的pH值；K——常数，为含盐量，组成和水温的函数，可由离子强度与水温的关系表中查得；p[Ca2+]——Ca2+浓度负对数，Ca2+离子浓度单位为mol/L；p[HCO3-]——HCO3-浓度负对数，HCO3-离子浓度单位为mol/L；离子强度：μ=(C1Z12+C2Z22+L+CnZn2)式中：Cn——某离子浓度，mol/L；Zn——某离子的化合物。饱和指数SI的意

5、义•①SI=0时，水中的钙离子和碱度等在该温度下保持平衡，水刚好被碳酸钙饱和，因而水是稳定的，即不析出垢；•②SI>0时，该条件下水中的钙离子处于过饱和状态，倾向于结垢析出，SI值越大，结垢的倾向也越大；•③SI<0时，钙离子不饱和，不会结垢。影响碳酸钙结垢的因素•二氧化碳的影响：•温度和压力的影响；•pH值的影响；•盐量的影响。•溶解的盐效应：离子间的静电相互作用，使Ca2+离子和CO32-离子的活动性减弱，结果降低了这些离子在碳酸钙固体上的沉淀速度，溶解的速度占了优势，从而碳酸钙溶解度增大的现象。碳酸镁结垢

6、因素分析•碳酸镁的溶解反应如下：Mg2CO3+CO2+H2O→Mg(HCO3)2碳酸镁在水中的溶解度随水面上二氧化碳分压的增大而增大；随着温度增大而减小。碳酸镁结垢因素分析碳酸镁在水中易水解成氢氧化镁，碳酸镁的水解反应如下：MgCO3+H2O→Mg(OH)2+CO2由水解反应生成的氢氧化镁的溶解度很小，氢氧化镁也是一种反常溶解度物质，它的溶解度随着温度的上升而下降。硫酸钙结垢•硫酸钙或石膏是油田水另一种常见的固体沉淀物。–地层中的注入水中硫酸盐的富集的原因：–(1)岩石中所含石膏的溶解作用。–(2)岩石中硫化物

7、被水中所含溶解氧氧化，产生硫酸根。–(3)注入水与油藏内封存水的混合。•影响硫酸钙结垢的因素：–(1)温度的影响–(2)盐量的影响–(3)压力的影响•硫酸钡结垢硫酸钡是油田水中最难溶解的一种物质，在共沉淀条件下，硫酸盐结垢的难易程度与化学溶度积原理相一致，BaSO4最快，其次是SrSO4，最慢的是CaSO4。当温度上升时，BaSO4的结垢趋势减弱，当压力上升时，三种硫酸盐的溶解性增大，结垢减少。影响硫酸钡溶解度的因素如下：–温度的影响硫酸钡的溶解度随着温度升高而增大。–含盐量的影响硫酸钡在水中的溶解度于碳酸钙一

8、样，随着含盐量的增加而增加。12铁沉淀物来源水中溶解的铁离子钢铁的腐蚀产物油田水的腐蚀通常是由溶解的二氧化碳、硫化氢和氧引起的，溶解气体与地层水中的铁离子反应也能生成铁化合物。每升地层水中铁含量通常仅几毫克。含有氧化铁胶体的水具有红色，称为“红水”。含有硫化亚铁胶体的水具有黑色，称为“黑水”。硅沉淀物天然水中都含有一定量的硅酸化合物，它往往是由于含有硅酸盐和铝酸盐的岩石和水直接接触后溶