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 无水石膏 CaCO3 CaSO4 2H2
2、O CaSO4 1/2H2O CaSO4 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 FeCO3 FeS Fe（OH）2 Fe（OH）3 FeCO3 SrSO4 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
3、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。切力也称剪应力，是水流使粒子脱离表面的力。 沉降力切力，粒子容易沉积 结垢的机理 （3）蒸发引起的结垢 结垢还
4、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
5、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，
6、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
7、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，H2O可以构成一个电偶极子，缔合水分子nH2O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)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
8、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 Zn2+进入水中。Zn2+
9、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Ba2+和Sr2+，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.在含有Ca2+和CO32-的水流中，锌的存在阻碍了方解石的形核， 并与CO32-形成了配位化合物，减少了水中CO32-的浓度。水中Ca2+ 通过接地获得电子而变成Ca0，因此Ca2+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
10、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(68)mm的范围时，剩余钙离子浓度和阻垢率大，防垢效果最佳，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
11、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
