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1、油田常见防垢技术简介,目,录,一、结垢概述,二、结垢机理,三、常见防垢技术,四、防垢剂,五、防垢器,结垢：,是硬水中溶解的钙、镁碳酸氢盐等,受热分解，析出沉淀物，渐渐积累附着在,容器、管道上。在油田开采中会混杂一些,腐蚀产物、油腻垢、泥沙等杂质。,结,垢,结,垢,结垢的类型,水垢,油泥垢,腐蚀垢,难溶或微溶盐,类，具有固定,的晶格，单纯,的水垢较坚硬,致密。常见的,有：碳酸钙、,腐蚀产物，包,括碳酸铁、硫,化亚铁、以及,羟基氧化铁等,。,水源中的,悬浮物、,油以及细,菌粘粘沉,积在管壁,上引起的,无机垢的类型,结,垢,名,称,分子式,结垢的主要原因,碳酸钙（碳酸盐）,硫酸钙（石膏）,半水合物,
2、无水石膏,CaCO,3,CaSO,4,2H,2,O,CaSO,4,1/2H,2,O,CaSO,4,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,FeCO,3,FeS,Fe,（,OH,）,2,Fe,（,OH,）,3,FeCO,3,SrSO,4,二氧化碳的分压、温度、总溶盐量,温度、总溶盐量、压力,温度,总溶盐量,腐蚀、溶解气体、,PH,结垢的机理,（,1,）不配伍混合结垢,不配伍的注入水和地层水混合可引起结垢。在二次采油和提高采收率注水作业,过程中经常将处理后的油田采出水或海水回注到储层中，当回注水水质与地层水水,质不相容时，就会发生结垢。海水一般富含硫酸根离子，而地层水含
3、钙离子和钡离,子，因此当海水与地层水混合是会产生硫酸钙和硫酸钡等垢。,（,2,）自动结垢,油藏内水与油共存，各种采油工艺的实施不可避免地导致平衡状态的改变。如,果这些变化使流体组分超过某种矿物质溶解度的极限，则会形成结垢沉积。硫酸盐,和碳酸盐结垢会因井筒内压力、温度的变化或由于井下流动受阻而沉积，高矿化度,盐水的温度较大幅度下降会形成氯化物。另外，含油酸气的采处流体形成碳酸盐结,垢沉积时，开采过程中压力下降会使流体脱气，从而提高,PH,值，使结垢加剧。,油气生产过程中常见,的结垢机理,结垢的机理,沉降作用：沉降力包括：粒子本身重力、表面对粒子的吸引力和范德华力以及表面粗糙等引起的物理作,用力。
4、切力也称剪应力，是水流使粒子脱离表面的力。,沉降力,切力，粒子被分散在水中，沉降力,切力，粒子容易沉积,结垢的机理,（,3,）蒸发引起的结垢,结垢还与采油生产过程中同时产出的烃类气体和地层盐水有关。随着生产管柱,中静水压力的减小，烃类气体的体积增大，温度较高的盐水发生蒸发，从而使剩余,水中溶解离子的浓度超过矿物质的溶解度而引起结垢，这是高温高压井中形成卤化,物结垢的常见原因。,（,4,）气驱和化学驱引起的结垢,利用二氧化碳驱进行二次采油可能引起垢沉积。因为含有二氧化碳的水会变为,酸性，并溶解地层中的方解石（碳酸钙）。当生产井周围的地层压力下降时，二氧,化碳会脱离溶解，于是碳酸钙会在射孔孔眼和近
5、井眼的地层孔隙中沉积，而近井眼,环境产生结垢，将使压力进一步降低，从而形成更多沉淀。在化学驱中注入地层的,化学药剂也可能引起水垢沉积，碱驱中注入碱液与岩石作用会使,PH,值、离子组成及,温度和压力改变，可引起碳酸盐、硅酸盐和氢氧化物沉淀。,油气生产过程中常见,的结垢机理,常见防垢技术,化学,防垢,物理,防垢,改善工艺生产条件，防止垢的形成：优化设计油田生产工艺技术措施，将油井产物油气水进行处理，针对钡锶离,子含量高的特性，采取最优的分离技术，减少与硫酸根离子接触机会，相应的减少沉淀的形成，达到最佳的防垢效果。,防垢剂,防垢剂是一些化学药品的通称，把少量的这些化学药品加入通常能结垢的水中，能起到
6、延缓、减少或抑制结,垢的作用。,机理,:,1.,当垢开始形成时，首先从水中沉淀出细小的结晶体。就在这个时候，防垢剂附到这些晶体表面上，而使它,们保持细小的晶体，并抑制了它们进一步增长，增加其溶解度，这种防垢机理使药剂具有阈值效应。这点被认为是,油田防垢剂作用的主要机理。,2.,使晶体畸变。,3.,在某些情况下，防垢剂阻止垢结晶是由于这些防垢剂吸附到管线过容器的内表面上。,因此，防垢剂应用必须注意两点,:,1.,在水中当垢晶刚刚形成时，水中添加的防垢剂必须能够最有效的阻止垢晶进一步增长。这就说，防垢剂必,须投加于产生问题部位的,上游,。,2.,防垢剂必须连续投加于水中，这样才能防止从水中沉淀的每
7、一垢晶的增长，因此，无论是连续注入防垢剂，,还是间歇性注入，,均需要保证系统内连续含有防垢剂,。,防垢器是利用合金材料成分并经特殊处理，形成一种特殊金相结构。这种特殊金,相结构可以抑制固相粒子、蜡、垢的形成，,能够改变流体的静电位，使流体产生,极化效应,，将固相矿物质悬浮在液相中，防止蜡、垢的形成以及对设备的腐蚀,。,防垢器,防垢器,1.,增加水对垢的溶解性,水由若干个分子缔合而成的较大的水分子，即,n,称为缔合水分子，,n,为缔合度。缔合水分子是,极性分子，,H,2,O,可以构成一个电偶极子，缔合水分子,nH,2,O,可以构成,n,个电偶极子的复合体系,。,这,种水分子团对碳酸钙,(,水垢,
8、),的溶解度较低，使水垢很容易析出,，由于不同条件下水的温度、硬度,、粘度及,PH,值不同，水结垢的程度也不同。当缔合水分子以一定的流速经过金属试样时，由于,金属试样可形成,无数个小的原电池,，缔合水分子均产生极化，使水的偶极分子发生定向极化，电,子云发生变化，导致缔合水分子结构氢键发生变化，拉长、弯曲和局部折裂，部分氢键被破坏，,使较大的缔合水分子集团变成较小的水分子集团，甚至是单个水分子。单个水分子的数量增多，,水分子的活动更自由，因而,提高了水的活化性和对水垢的溶解度,，极微小的水分子可以,渗透、包,围、疏松、溶解、去除系统内部的老垢,。,防垢器作用机理,防垢器,2.,极化作用。,合金材
9、料中各种元素的电极电位不同而形成电势差，形成弱电场，水通过合金附近时被极化，结垢和,腐蚀性物质离解成阳离子和阴离子，同时钡离子和锶离子从合金吸收电子，形成稳定的物质状态，不再,成垢。,3.,多元合金中锌的电极电位最低，它的化学性质活泼，在原电池反应中溶出，被氧化为,Zn,2+,进入水中,。,Zn,2+,能够阻碍钡垢和锶垢晶体的形核，并吸附在成垢晶体的表面，,取代部分,Ba,2+,和,Sr,2+,，使其发生,晶格畸变，形成一种锌和钡、锌和锶的不定形晶体，这种不定形晶体是,松散的蜂窝状或松散的片层,状凝在一起，彼此间的粘附力很小,，当有外力时就很容易将其分成小颗粒，这就使污垢的去除变得,容易。,4
10、.,在含有,Ca,2+,和,CO,3,2-,的水流中，锌的存在阻碍了方解石的形核，,并与,CO,3,2-,形成了配位化合物，减少了水中,CO,3,2-,的浓度。水中,Ca,2+,通过接地获得电子而变成,Ca,0,，因此,Ca,2+,浓度会逐渐减少，并逐渐稳定。,防垢器,防垢器效果影响因素,(1),多元合金防垢片孔径对防垢效果影响,4,6,8,10,12,14,16,0,20,40,60,80,孔径（,mm,）,阻,垢,率,（,%,）,从图可以看出，孔径对合金装置的防垢,效果有较大影响，孔径对合金装置的防垢效,果有较大影响。当孔径在,(6,8)mm,的范围时,，剩余钙离子浓度和阻垢率大，防垢效果
11、最,佳，随着孔径增大，防垢效果变差。,孔径设计还需要考虑节流和压降的问题,。,防垢器,防垢器效果影响因素,(2),多元合金防垢片片间距离对,防垢效果影响,50,100,150,200,250,300,350,400,450,69,69.5,70,70.5,71,距离（,mm,）,阻,垢,率,（,%,）,从图可以看出，防垢装置尺寸范围内,，当其它条件不变时，随着片间距离的,增加，阻垢率在,70%,左右，片间距离对,流体的流动状态影响较小，对合金装置,的防垢效果的影响也较小。,防垢器,防垢器效果影响因素,从图可以看出，流速在,(30150)m/h,范围内，随着流速的增加，流速变化未,对流体流动状态
12、产生影响，对防垢装置,的,防,垢,效,果,影,响,亦,较,小,，,阻,垢,率,在,(6871)%,之间。但值得注意的是：防垢,装置结构不同，流速将影响流体的流动,状态，一般认为，流速越大，流体流动,时越易出现紊流状态。,(3),液流速度对防垢效果影响,防垢器,防垢器效果影响因素,从图中可以看出，随着温度的增加，合,金阻垢率呈上下波动趋势，但变化均较,小，阻垢率基本稳定在,69.68%,左右。,(4),温度对防垢效果影响,防垢器,防垢器在油井中应用,防垢器,油井多元合金防垢器连接在,Y,接头以下管柱上，产液流,经油管进入到油井多元合金,防垢器,其他类型的防垢器,激光防垢器,电磁防垢器,量子管防垢器,超声波防垢器,谢,谢,
