注水系統(tǒng)結(jié)垢影響因素研究——畢業(yè)論文

1、 高等繼續(xù)教育高等繼續(xù)教育 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題題 目目 注水系統(tǒng)結(jié)垢影響因素研究注水系統(tǒng)結(jié)垢影響因素研究 學(xué)學(xué) 生生_ 聯(lián)系電話聯(lián)系電話_ 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師_ 評評 閱閱 人人_ 教學(xué)站點(diǎn)教學(xué)站點(diǎn)_ 專專 業(yè)業(yè)_ 完成日期完成日期_ 摘摘 要要 結(jié)垢與防垢是油田注水開發(fā)中所遇到的重要問題之一，結(jié)垢往往會降低供、注 水管道和油管的流量，引起地面設(shè)備和設(shè)施的磨損或堵塞，甚至堵塞注水流經(jīng)的地 層孔道，造成產(chǎn)能下降。本文綜述了大慶油田注水系統(tǒng)的成垢的研究概況，分析了 結(jié)垢類型及成垢的原因、危 害及防垢措施和除垢措施，結(jié)合采集的數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行 研究，對結(jié)垢情況做了進(jìn)一步的分析，結(jié)果表明

2、大慶采油廠所有注水都有碳酸鈣結(jié) 垢的傾向；使用清水和污水是不相溶的兩種水，混合使用會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的碳酸鈣 結(jié)垢，特別是當(dāng)清水量在 30%80%之間是碳酸鈣結(jié)垢傾向教大。若采用清水污水交 替注入方式，有時(shí)易為硫酸鹽還原菌的繁殖提供適宜溫度，當(dāng)殺菌質(zhì)量濃度不夠時(shí)， 易在井底產(chǎn)生 fes 垢；注水中總鐵量高，且淺井中的水有一定量的氧，在鐵細(xì)菌與 溶解氧的作用下，易在供水管線中產(chǎn)生含 fe(oh)3和 fe2o3的混合物垢。 關(guān)鍵字：油田注入水；結(jié)垢機(jī)理；影響因素；預(yù)測 目目 錄錄 前前 言言 .4 4 第第 1 1 章章 概概 述述 .5 5 1.1 本文研究的背景及意義 .5 1.2 國內(nèi)外油田結(jié)

3、垢狀況 .5 1.3 本文的研究內(nèi)容 .6 第第 2 2 章章 油田水結(jié)垢綜述油田水結(jié)垢綜述 .7 7 2.1 油田水結(jié)垢的原因 .7 2.2 油田結(jié)垢的危害 .8 2.3 油田水結(jié)垢防治措施 .9 2.3.1 防垢措施 .9 2.3.2 除垢措施 .10 第第 3 3 章章 油田常見水垢類型及影響因素油田常見水垢類型及影響因素 .1111 3.1 碳酸鈣垢及其影響因素 .12 3.1.1 碳酸鈣垢 .12 3.1.2 影響因素 .12 3.2 碳酸鎂垢 .13 3.3 硫酸鈣垢及其影響因素 .14 3.3.1 硫酸鈣垢 .14 3.3.2 影響因素 .14 3.4 硫酸鋇垢及其影響因素 .1

4、5 3.4.1 硫酸鋇垢 .15 3.4.2 影響硫酸鋇垢的因素 .15 第第 4 4 章章 大慶油田采油廠結(jié)垢及結(jié)垢預(yù)測大慶油田采油廠結(jié)垢及結(jié)垢預(yù)測 .1616 4.1 大慶采油一廠結(jié)垢預(yù)測 .16 4.1.1 碳酸鈣結(jié)垢預(yù)測 .16 4.1.2 硫酸鈣結(jié)垢預(yù)測 .16 4.2 大慶采油二廠結(jié)構(gòu)趨勢預(yù)測 .17 4.2.1 碳酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測 .17 4.2.2 硫酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測 .17 4.3 大慶采油三廠結(jié)垢預(yù)測趨勢 .17 4.3.1 碳酸鈣結(jié)垢預(yù)測 .17 4.3.2 硫酸鈣結(jié)垢預(yù)測 .18 4.4 大慶采油四廠結(jié)垢趨勢預(yù)測 .18 4.4.1 碳酸鈣結(jié)垢趨勢 .18 4.4.2

5、硫酸鈣結(jié)垢預(yù)測 .18 4.4.5 大慶采油五廠結(jié)垢預(yù)測 .18 4.5.1 碳酸鈣結(jié)垢預(yù)測 .19 4.5.2 硫酸鈣結(jié)垢 .19 第第 5 5 章章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析討論 .2020 5.15.1 其它影響因素 .20 5.1.1 溫度的影響 .20 5.1.2 壓力的影響 .21 5.1.3 ph 值的影響.21 5.1.4 流速的影響 .21 5.2 清水污水混注時(shí)結(jié)垢原因分析 .21 5.3 含鐵混合物結(jié)垢 .22 5.3.1 含鐵化合物垢樣 .22 5.3.2 鐵細(xì)菌 .23 結(jié)結(jié) 論論 .2424 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn) .2525 致致 謝謝 .2626 前前 言言

6、結(jié)垢是油田注水過程中的一個(gè)常見的破壞性問題。所謂結(jié)垢是指定條件下從水 中析出的物質(zhì)，通常是無機(jī)物質(zhì)而且溶度積很小，結(jié)垢可能發(fā)生油田水系統(tǒng)的任何 位置。注入水中 hco3-、ca2+濃度較高，在注水過程中，隨著注入水由地面進(jìn)入地 層，溫度及流速均發(fā)生改變，導(dǎo)致注水系統(tǒng)和地層結(jié)垢現(xiàn)象非常嚴(yán)重。嚴(yán)重影響油 田的開發(fā)效果。 油田中最常見的垢是碳酸鈣，硫酸鈣垢，硫酸鋇垢，硫酸鍶垢。通常把腐蝕產(chǎn) 物（如碳酸亞鐵，硫化亞鐵，氫氧化鐵和三氧化二鐵等）以溶解度大，含量高，在 一定條件下析出鹽也包括在內(nèi)。 影響結(jié)垢的因素很多，最重要的是水質(zhì)成分。還包括溫度，壓力，注入水的 ph 植及鹽的礦化度等因素。 對注水系統(tǒng)

7、的結(jié)垢問題的預(yù)測問題是關(guān)鍵性的問題，預(yù)測油田系統(tǒng)的結(jié)垢趨勢， 判斷結(jié)垢趨勢的程度或結(jié)垢的可能性，并有效地預(yù)防與控制結(jié)垢，是采油工藝和油 氣水處理工藝中不可忽視的研究課題。根據(jù)大慶不同采油廠的水垢樣的分析及結(jié)垢 的主要成分，我們將對大慶不同采油廠碳酸鈣垢及硫酸鈣垢做主要的預(yù)測幾分析， 通過分析比較不同采油廠的結(jié)垢情況，預(yù)測大慶采油區(qū)的結(jié)構(gòu)程度及概況。 總之，生產(chǎn)中的許多問題都是由水垢引起的，因而我們要及時(shí)的對其結(jié)垢情況 進(jìn)行預(yù)測和分析，從而有效的控制水垢。這對于任何一個(gè)高效注水設(shè)施來講都是一 個(gè)首要的課題！ 第 1 章 概 述 1.1 本文研究的背景及意義 油田水的結(jié)垢類似原油的結(jié)蠟，是油田生產(chǎn)

8、中不可避免的要遇到的問題，這個(gè) 問題隨著油田產(chǎn)水的增加而變得越來越突出。 大慶油田注入水中 hco3-、ca2+濃度較高，在注水過程中，隨著注入水由地面 進(jìn)入地層，溫度及流速均發(fā)生改變，導(dǎo)致注水系統(tǒng)和地層結(jié)垢現(xiàn)象非常嚴(yán)重。根據(jù) 現(xiàn)場作業(yè)測量，油管平均年結(jié)垢達(dá) 3.68mm 厚，結(jié)垢導(dǎo)致的地層堵塞使注水井吸水 能力下降，嚴(yán)重影響該油田的開發(fā)效果。 油田油水系統(tǒng)一旦產(chǎn)生結(jié)垢沉積，將引起一系列問題，其危害是相當(dāng)大的。結(jié) 垢為 srb 的繁殖提供了極其有利的條件，結(jié)垢部位往往腐蝕比較嚴(yán)重，而且極易發(fā) 生點(diǎn)蝕；結(jié)垢使緩蝕劑與金屬表面難接觸成膜，因而達(dá)不到應(yīng)有的緩蝕效果；結(jié)垢 會降低供注水管道和油管的能量

9、，嚴(yán)重時(shí)還會引起管道的堵塞。 預(yù)測油田系統(tǒng)的結(jié)垢趨勢，判斷結(jié)垢趨勢的程度或結(jié)垢的可能性，并有效地預(yù) 防與控制結(jié)垢，是采油工藝和油氣水處理工藝中不可忽視的研究課題。大慶油田注 水系統(tǒng)中，有些區(qū)域的供水管線、注水井井筒管線及井底已出現(xiàn)了結(jié)垢現(xiàn)象.沉積在 供水管線內(nèi)表面的棕紅色粉末垢及注水井井筒內(nèi)表面的淺灰色致密片狀垢，使管線 內(nèi)徑變小，降低了水流截面積，增大了水流阻力和輸送能量.黑色殘?jiān)赋练e在注水 井井底，造成了注水管道的堵塞，注水壓力升高，影響了注水效率.另外，管線結(jié)垢 引起了嚴(yán)重的垢下腐蝕、結(jié)垢和腐蝕促使大量的管線無法正常使用，管線多次穿孔， 影響了原油的正常生產(chǎn)。為了防止結(jié)垢、維持正常的生

10、產(chǎn)，必須對注水系統(tǒng)的結(jié)垢 現(xiàn)象進(jìn)行研究。 1.2 國內(nèi)外油田結(jié)垢狀況 注水采油時(shí)最常碰到的垢鹽是碳酸鈣垢、硫酸鈣垢，另外還有硫酸鋇垢和硫酸 鍶鋇。根據(jù)結(jié)垢部位不同，分為地層垢、近井垢、井筒垢、設(shè)備垢。由于油田結(jié)垢 對原油生產(chǎn)的種種不利影響，油田防垢除垢問題在國內(nèi)外均引起極大重視。國內(nèi)外 幾個(gè)油田的結(jié)垢狀況可參見表 1-1。 表 1-1 國內(nèi)外幾個(gè)油田結(jié)垢狀況 項(xiàng)目 成垢離子ca2+ba2+sr2+hco3-so42-總礦化度主要結(jié)垢物 地層水2124242960 5 23857美國默 奇森 注入水396-732820 caco3caso4 baso4srso4 地層水1100210230250

11、 1 45841英國北 海 注入水450-91702300 caco3baso4 srso4 地層水65581271199-112705長慶馬 嶺 注入水67-1051 baso4srso4 caso4caco3 地層水2000-3001600200000青海尕 斯庫勒 注入水22-0.2310028 caco3 caso4 地層水9195-35366209160塔里木 輪南 注入水30-1118130500 caco3 地層哈丘 陵 注入水60-12565 caco3 1.3 本文的研究內(nèi)容 結(jié)垢與防垢是油田注水開發(fā)中所遇到的重要問題之一，結(jié)垢往往會降低供，注

12、 水管道和油管的流量，引起地面設(shè)備和設(shè)施的磨損或堵塞，甚至堵塞注水流經(jīng)的地 層孔道，造成產(chǎn)能下降。 本文綜述了大慶油田注水系統(tǒng)的成垢的研究概況，分析了結(jié)垢類型及成垢的原因、危害及 防垢措施和除垢措施，重點(diǎn)討論了油田水質(zhì)和水垢的分析方法，結(jié)垢趨勢預(yù)測的原理及計(jì)算方 法，并簡述了油田注入水中的混合注入結(jié)垢的情況，指出了純在的問題和解決問題的可能途徑。 大慶采油廠注水系統(tǒng)的結(jié)垢問題，在詳細(xì)的分析注水水質(zhì)和垢樣的基礎(chǔ)上，對結(jié)垢情況進(jìn)行了 探討和重點(diǎn)計(jì)算，結(jié)果表明大慶采油廠所有注水都有碳酸鈣結(jié)垢的傾向；使用清水和污水是不 相溶的兩種水，混合使用會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的碳酸鈣結(jié)垢，特別是當(dāng)清水量在 30%-80%

13、之間是碳 酸鈣結(jié)垢傾向教大。若采用清水污水交替注入方式，有時(shí)易為硫酸鹽還原菌的繁殖提供適宜溫 度，當(dāng)殺菌質(zhì)量濃度不夠時(shí)，易在井底產(chǎn)生 fes 垢；注水中總鐵量高，且淺井中的水有一定量 的氧，在鐵細(xì)菌與溶解氧的作用下，易在供水管線中產(chǎn)生含 fe(oh)3和 fe2o3的混合物垢。 第第 2 章章 油田水結(jié)垢綜述油田水結(jié)垢綜述 2.1 油田水結(jié)垢的原因 碳酸鈣是一種重要的成垢物質(zhì)，也是油田開發(fā)生產(chǎn)中的最常見的無機(jī)垢，在油 田水中的溶解度很小。在污水中加入 ph 調(diào)整劑，改變酸堿度，破壞其化學(xué)平衡， 可使碳酸氫根離子不斷理解為碳酸根和氫離子，大量的碳酸根和鈣離子反應(yīng)生成碳 酸鈣沉淀，三價(jià)鐵離子生成氫

14、氧化鐵沉淀，利用高分子絮凝劑的網(wǎng)捕卷集作用，是 沉淀物與污水中的懸浮固體等一同快速沉降，從系統(tǒng)中排出，便可除去水中的結(jié)垢 因子，使其處于介穩(wěn)區(qū)而控制結(jié)垢。 反應(yīng)如下： ca2+ + 2hco3- caco3+ co2+ h2o oh- + hco3- co3 2- +h2o ca2+ (mg2+) + co3 2- caco3(mgco3) ca(hco3)2caco3 + co2 + h2o 污水的酸堿度對金屬的腐蝕和污水結(jié)垢影響較大，隨著 ph 值上升，由于 h+濃 度降低，氫的去極化作用減弱，會降低腐蝕速度，但結(jié)垢傾向增加。由于污水中含 有大量的 hco32-，有利于形成 caco3或

15、mgco3，晶格生長理論認(rèn)為，當(dāng) ca2+溶度 積遠(yuǎn)小于 caco3的溶度積時(shí)，就可能產(chǎn) caco3沉淀而結(jié)垢。但碳酸鈣有時(shí)呈飽和狀 態(tài)卻并不結(jié)垢，這是由于純在介穩(wěn)區(qū)。出現(xiàn)介穩(wěn)區(qū)的原因是晶核的生長過程受水中 離子或粒子的擴(kuò)散作用的影響，或者受到傳質(zhì)過程控制。若鹽類在水中的溶解度大， 則水中溶解的離子或粒子濃度都較高，晶核形成后很容易生長，這時(shí)鹽類溶解度曲 線和晶體析出曲線可基本重合，不會出現(xiàn)介穩(wěn)區(qū)。但在難溶鹽的飽和溶液中，由于 離子或粒子的濃度都很低，因此晶核生成后并不生長，溶解度極小鹽類的過飽和度 可以超過溶解度數(shù)千倍；只有在離子或粒子濃度較高的過飽和溶液中，晶核才剛開 始生長并析出晶體。所

16、以介穩(wěn)區(qū)可以認(rèn)為是過飽和區(qū)，在這個(gè)區(qū)域中晶核形成但不 能生長，也不能形成晶體，此為非除鹽類方式阻垢技術(shù)研究的重要內(nèi)容。當(dāng)化學(xué)反 應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，油田水中溶解的 caco3和 co2，ca(hco3)2保持不變，不會在管道， 用水設(shè)備和油層中產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象。 含鐵化合物垢主要產(chǎn)于供水及交替注入水的管線。鐵化合物包括 feco3，fes，fe2o3，fe(oh)2，fe(oh)3等。其主要成分是腐蝕產(chǎn)物與注入水中的 溶解氣體及細(xì)菌活動有關(guān)。硫酸鹽還原菌的產(chǎn)物 h2s 對金屬的腐蝕嚴(yán)重，生成物 fes 易造成管道阻塞。鐵細(xì)菌能夠產(chǎn)生腐生菌，當(dāng)超過一定值時(shí)會產(chǎn)生氧濃差腐蝕 電池，也會使注水井阻塞，注如量降

17、低。硫酸鹽還原菌是厭氣菌，如果有垢或淤泥， 則能使細(xì)菌藏在下面，在含氧環(huán)境中繁殖。另外，產(chǎn)生棕紅色粉末垢 fe(oh)3和 fe2o3是由于鐵細(xì)菌和溶解氧作用腐蝕的結(jié)果。 硫酸鹽腐蝕機(jī)理如下： 陽極過程 fe 4fe2+ + 8e ， 水電離 8h2o 8h+ + 8oh- 陰極過程 8h+ + 8e 8h 細(xì)菌的陰極去極化 so42- + 8h s2- + 4h2o 腐蝕產(chǎn)物 fe2+ + s2- fes 腐蝕產(chǎn)物 3fe2+ + 6oh- 3fe(oh)2 總反應(yīng) 4fe + so42- + 4h2o 3fe(oh)2 + fes +2oh- 硫酸鹽垢主要有硫酸鈣垢，硫酸鋇垢和硫酸鍶垢。硫

18、酸鈣從水中沉淀的反應(yīng)如 下： ca+ + so42- caso4 油田上最常見的硫酸鈣垢是石膏。在 100（38）或 100以下時(shí)，在一個(gè)大 氣壓的情況下生成的主要是 caso42h2o;超過這個(gè)溫度，主要生成無水硫酸鈣。然 而，在一定條件下生成的卻是含有半個(gè)水的硫酸鈣。通常，按照 vetter 原則，溫度 比較低時(shí)，生成石膏；溫度較高時(shí)，生成不含水的石膏。硫酸鋇垢是最難溶解的垢， 從水中沉淀的反應(yīng)如下： ba+ +so42- baso4 硫酸鍶的溶解度也比較小，其在水中的沉淀反應(yīng)如下： sr+ + so42- srso4 2.2 油田結(jié)垢的危害 1）地面及井筒結(jié)垢 油田結(jié)垢發(fā)生在地面集輸系統(tǒng)

19、，直接影響油水輸送，更重要的是發(fā)生在采油井 筒、射孔眼，增加井筒清垢次數(shù)，縮短檢泵周期，增加采油成本。 2）地層結(jié)垢 地層結(jié)垢尤其是在孔隙喉道中，直接影響到地層導(dǎo)流能力，加劇了低滲透油藏的 基本矛盾。典型的地層孔隙結(jié)垢除了表現(xiàn)出產(chǎn)液能力、地層壓力和動液面進(jìn)行性降 低且常規(guī)檢泵作業(yè)不能奏效外。 2.3 油田水結(jié)垢防治措施 2.3.1 防垢措施 1）油水井通過擠注法注入防垢劑油水井?dāng)D注法防垢技術(shù)的基本原理是通過井口 向射孔眼和地層深部擠入大劑量、低濃度的防垢劑溶液，依靠防垢劑在地層巖石表 面的吸附使其滯留在地層孔隙中，再隨著產(chǎn)出液或注入水而緩慢解吸附，使產(chǎn)出液 或注入水中保持一定濃度的防垢劑。在擠

20、完防垢劑段塞之后，再擠入小劑量化學(xué)中 性的絡(luò)合物除垢劑段塞清理井底、射孔眼及地層內(nèi)結(jié)垢，達(dá)到既提高產(chǎn)液量或注水 量又延長措施有效期的雙重目的。 為延長防垢作業(yè)有效期，要求所選的防垢劑應(yīng)符合下列條件：在低濃度下有可 靠的防垢能力和穩(wěn)定鐵離子的能力，與地層巖石和地層流體相配伍，在地層條件下 可長期穩(wěn)定，在地層巖石中有較大的吸附量和適中的解吸附速率，與除垢劑及其它 有關(guān)化學(xué)劑完全配伍。 防垢劑 yfg 由有機(jī)磷酸鹽、垢分散劑、鐵離子絡(luò)合劑等組成，它既能將 ca2+、mg2+絡(luò)合成多元體，又能在溶液中擴(kuò)散并吸附在細(xì)粒垢的表面及管線的內(nèi)表 面，抑制垢晶體的進(jìn)一步生長，此外還可絡(luò)合 fe3+，防止 fe2

21、o3的生成。用離子檢 測法測定了防垢劑 yfg 及國內(nèi)一些常用防垢劑的防垢性能。 此外，yfg 中的各種組分能吸附在管線內(nèi)表面，形成的吸附層不僅阻礙垢晶體 的結(jié)合，還能起緩蝕作用。榆樹林油田注入水 85時(shí)對 n80 鋼試片的腐蝕率為 0.0632g/m2h(0.0710mm/a)，加入 30ppmyfg 可使腐蝕率下降至 0.0048 g/m2h(0.0054mm/)，緩蝕率高達(dá) 92.4%。(以上腐蝕數(shù)據(jù)均為 3 個(gè)試片的平均值。 ) 關(guān)于防垢劑與地層巖石和地層流體的配伍問題，早在二十世紀(jì) 80 年代國外就有 深入研究，其結(jié)論是：在酸性環(huán)境中(ph 在 4 附近)多數(shù)防垢劑防垢效率幾乎為零。

22、 為了與絡(luò)合型除垢劑相配伍，最好選用堿金屬鹽類防垢劑。 防垢劑是通過反應(yīng)+絡(luò)合機(jī)理和吸附機(jī)理起防垢作用的。反應(yīng)+絡(luò)合機(jī)理是防垢 劑在水中離解后產(chǎn)生的陰離子與成垢金屬陽離子生成穩(wěn)定的絡(luò)合物，其實(shí)質(zhì)是增大 鹽垢的溶解量。依據(jù)反應(yīng)+絡(luò)合機(jī)理的溶垢量符合化學(xué)計(jì)量關(guān)系，即一定量的防垢劑 可按化學(xué)配位關(guān)系控制一定量的成垢離子。又因?yàn)榉拦竸┑氖褂昧恳话愫艿?，故?據(jù)反應(yīng)+絡(luò)合機(jī)理僅能控制很少量的成垢離子。而防垢劑的吸附是通過晶格崎變機(jī)理 和靜電排斥機(jī)理起防垢作用的。由于吸附機(jī)理不是按照化學(xué)計(jì)量關(guān)系起作用，所以 依據(jù)吸附機(jī)理能夠控制遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于化學(xué)計(jì)量的成垢離子。顯然，擠入地層的防垢劑主 要是通過吸附機(jī)理起作用的

23、。如果希望防垢劑在地層中有較長的有效期，就必須要 求它在地層巖石表面有較大的吸附量和較小的解吸附速率。為此在防垢劑中還復(fù)配 了可以增大其在地層巖石表面吸附量的表面活性劑。 2）油井井底加入固體緩釋型防垢劑對于油井井筒發(fā)生結(jié)垢的井，可采用在 油井底部加入固體緩釋型防垢劑，根據(jù)藥劑具有在油水中均可釋放的特性要求、 根據(jù)釋放量必須滿足采出液對藥劑濃度要求，采用防垢主劑，選擇合適載體，制成 固體緩釋型防垢劑，并建立藥劑釋放量的檢測方法與實(shí)施工藝。將固體防垢劑放入 工作筒中，工作筒連接在油泵下部、篩管的上部，液體通過防塊時(shí)，防垢劑溶于液 體中，起到防垢作用。 2.3.2 除垢措施 清垢解堵劑 yqg 對

24、于發(fā)生在近井地層孔隙中的垢，用普通酸化作業(yè)一般可以達(dá)到增加產(chǎn)液量或 提高注水能力的目的。但由于酸性物質(zhì)只對碳酸鹽垢有效，對地層巖石結(jié)構(gòu)有破壞 作用以及可能在地層中發(fā)生二次沉淀等原因，普通酸化作業(yè)的有效期普遍較短，對 于酸敏性地層及套管已發(fā)生腐蝕穿孔井更是一種禁忌。而向結(jié)垢地層深部擠入化學(xué) 中性的絡(luò)合物除垢劑和防垢劑的清防垢聯(lián)合技術(shù)是將不溶性垢轉(zhuǎn)化成水溶性絡(luò)合物 隨產(chǎn)出液排出，不會破壞地層巖石結(jié)構(gòu)。又由于擠入的清防垢劑工作液的 ph 與地 層水接近，無論它們在地層中或井筒中停留多久都不會產(chǎn)生二次沉淀和腐蝕作用， 從而不會對地層或井下套管造成傷害，措施有效期比酸化作業(yè)要長得多。 清垢包括地層和井筒

25、兩部分。榆樹林油田屬低孔、低滲油田，儲層泥質(zhì)含量高、 溫度高、埋藏深。注水井堵塞的因素除結(jié)垢外，還有懸浮物雜質(zhì)堵塞、乳化堵塞等。 地層清垢劑配方研究中必須考慮對地層堵塞物的溶解能力及防止二次污染等因素。 我們針對上述堵塞因素，研制了清垢解堵劑 yqg。 這是一種多功能的綜合解堵劑，主要成分為有機(jī)酸、緩蝕劑、表面活性劑等。 它具有解無機(jī)垢堵、解有機(jī)垢堵、減緩反應(yīng)速度、洗油、破乳和緩蝕等多種作用， 且不產(chǎn)生二次沉淀，尤其在解除無機(jī)垢堵塞，較好地與粘土礦物反應(yīng)而不產(chǎn)生二次 沉淀等方面具有良好的性能。清垢解堵劑 yqg 的綜合性能如下：對無機(jī)垢的溶蝕 率 98.57%；對儲層巖心的溶蝕率 13.85%

26、，對 n80 油管鋼的腐蝕速率 3.88g/2h(85)；洗油率 24.62%；與原油間的界面張力 1.90n/；破乳率 100%(100min)。配制 1m3清垢解堵劑 yqg(酸液)的材料費(fèi)用為 804 元。 第 3 章 油田常見水垢類型及影響因素 油田注入水成分通常十分復(fù)雜，性質(zhì)也特殊。大多數(shù)油田水的 ph 值為 59，屬 中性或弱堿或弱酸性。水質(zhì)除了受其中的金屬離子和溶解氣體的影響外，還與懸浮 物，細(xì)菌等有關(guān)。因而，油田水質(zhì)分析很困難，長需要多次預(yù)處理。現(xiàn)在不僅有原 始的方法基礎(chǔ)，而且已經(jīng)發(fā)展了新的分析方法：分光分度法，原子光譜法，色譜法， 容量法，電化學(xué)法，形態(tài)分析法。 水垢一般是具

27、有反常溶解度的難溶鹽或微溶鹽類，有固定的晶格，堅(jiān)硬而致密， 不同的油田的地質(zhì)條件可能產(chǎn)生不同的垢，不同的垢受不同的因素的影響。 油田水的種類很多，最常見的有碳酸鈣，硫酸鈣，硫酸鋇，硫酸鍶。我國長慶 馬嶺油田就存在碳酸鈣和硫酸鋇垢，北海油田有硫酸鈣和硫酸鋇以及二者的混合物。 含鐵垢一般很少純在，常與硅的鹽一起混入其它垢中，他們主要受以下因素的影響： （1） 注入水（包括混合污水回注水）與儲層水的成分及類型； （2） 壓力變化； （3） 溫度的變化； （4） 水垢含鹽量的變化； （5） ph 值的變化。 其中最主要的是注水水水質(zhì)的影響，而其它因素皆屬于內(nèi)因，直接影響水中溶 解物質(zhì)的平衡。各種類型結(jié)

28、垢物的相對影響因素的變化趨勢如表 3-3 所示。例如， 油井開采過程中，壓力逐漸降低，井附近碳酸氫鈣不斷分解成二氧化碳和碳酸鈣垢， 但當(dāng)油井以機(jī)采方式開采時(shí)，泵的抽吸作用造成脫氣現(xiàn)象，二氧化碳的分壓的作用 降低，即會在泵及井筒中生成碳酸鈣垢。又如，從油井采出的流體經(jīng)分離器降低， 降溫后輸?shù)睫D(zhuǎn)油站再加溫，由于二氧化碳很快逸出，再加溫放熱器內(nèi)也會產(chǎn)生嚴(yán)重 的碳酸鈣垢。水中的機(jī)械雜質(zhì)，微生物的生長和繁殖都會加速鹽類的結(jié)晶和沉降作 用。金屬表面被腐蝕變的粗糙，粗糙表面將產(chǎn)生催化結(jié)晶和沉降作用。下面我們重 點(diǎn)對常見的水垢類型的影響因素做一下重點(diǎn)的研究。 表 3-3 各類結(jié)垢物相對影響因素的變化趨勢 結(jié)垢

29、物壓力降低溫度升高含鹽量升高ph 值降低 碳酸鈣變大變大變小變大 硫酸鈣變大變大變小變大 硫酸鋇變大變小變小無關(guān) 硫酸鍶變大變小變小無關(guān) 3.1 碳酸鈣垢及其影響因素 3.1.1 碳酸鈣垢 碳酸鈣是一種重要的成垢物質(zhì)，也是油田開發(fā)生產(chǎn)中最常見的無機(jī)垢，在油田 水中溶解度很小。低滲透油田注水開發(fā)時(shí)，通過注水井將高壓水注入油層。當(dāng)注水 井井口壓力為 10mpa 時(shí)，若井深為 1000，則注水井井底壓力約 20mpa。注水井 井底溫度通常比地面注入水溫度略高，而油井井底溫度一般要高得多。油井井底溫 度是隨油井深度增加而增高的。一般井深每增加 100，井底溫度增加 3左右，精 確的井底溫度可通過測井溫

30、曲線獲得。大慶朝陽溝油田某深井泵抽油井深 1000， 井底溫度約 45，井底壓力約 0.2mpa (或更低)。同深度的注水井井底溫度在 25 左右，在地面注水壓力為 9mpa 條件下，井底注水壓力約 19mpa。地層水中含有多 項(xiàng)離子，如大慶朝陽溝油田扶余層地層水中含有 co32-、ca2+、hco3-、mg2+、cl- 、so42-、k+、na+離子，而注入水中主要含有少量的 co32-、ca2+、hco3- 、mg2+、cl-、k+、na+離子。當(dāng)兩種水的離子結(jié)合時(shí)，則可能產(chǎn)生碳酸鈣沉淀，導(dǎo) 致結(jié)垢。結(jié)垢規(guī)律與系統(tǒng)的壓力、溫度、碳酸鈣的溶解度、co2分壓和 ph 等條件 有關(guān)。 反應(yīng)式如下

31、： ca2+2 hco3- caco3+ co2+h2o (1) oh- + hco3 -co32- + h2o (2) ca2+(mg2+)+ co32-caco3(mg co3) (3) ca (hco3)2caco3+ co2 + h2o (4) 3.1.2 影響因素 1）二氧化碳分壓的影響 當(dāng)油田水中二氧化碳含量低于碳酸鈣溶解平衡所需的含量時(shí)，化學(xué)反應(yīng) ca (hco3)2caco3+ co2 + h2o 向右進(jìn)行，油田水中出現(xiàn)碳酸鈣沉淀，碳酸鈣沉淀附 在巖隙、管道和用水設(shè)備上，出現(xiàn)了結(jié)垢現(xiàn)象。反之，當(dāng)油田水中二氧化碳含量超 過碳酸鈣溶解平衡所需的含量時(shí)，化學(xué)反應(yīng)向左進(jìn)行，這時(shí)原有的碳

32、酸鈣垢會逐漸 溶解。所以，水中二氧化碳的含量對碳酸鈣的溶解度有一定的影響。水中的二氧化 碳的含量與水面上氣體中二氧化碳的分壓成正比。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)水溫為 24時(shí)，二 氧化碳的分壓由大氣壓上升到 50 大氣壓時(shí)，碳酸鈣在水中的溶解度增加 3 倍左右。 因此，油田水系統(tǒng)中任何有壓力降低的部位，氣相中二氧化碳的分壓都會減少，二 氧化碳從水中逸出，導(dǎo)致碳酸鈣沉淀生成。 2）溫度對碳酸鈣垢的影響 溫度是影響碳酸鈣在水中溶解度的一個(gè)重要因素。絕大部分鹽類在水中的溶解度都 隨溫度升高而增大，但溫度升高時(shí)溶解度反而下降，即水溫較高時(shí)會結(jié)出更多的碳 酸鈣垢。這就可以解釋為什么一種在地面不結(jié)垢的水，如果井底溫度足

33、夠高，那么這種水在注水井中也會成垢的原因；同樣也可以解釋在加熱設(shè)備的 火管處常常發(fā)生碳酸鈣結(jié)垢的原因。 3）ph 值對碳酸鈣垢的影響 地下水或地面水一般均含有不同程度的碳酸，而水中三種形態(tài)的碳酸在平衡時(shí) 的濃度比例取決于 ph 值。根據(jù)碳酸平衡各級反應(yīng)式，并按照電離平衡原理，碳酸的 二級電離可表示如下： h+hco3-/co2=k1 h+co32-/hco3-=k2 k1，k2 為碳酸的第一離解常數(shù)和第二離解常數(shù)。由于水中呈分子狀態(tài)的碳酸實(shí)際上 只有水中所含游離二氧化碳量的 1%左右以下，進(jìn)行水質(zhì)分析時(shí)又不宜把二者分離， 所以co2應(yīng)按co2+h2co3的總和計(jì)算。因?yàn)?h2co3的含量甚低，

34、所以把水中溶解的 co2含量作為游離碳酸含量，不致引起很大誤差，一般可用co2來代表游離碳酸總 濃度，即coco2+h2co3。水中三種碳酸在平衡時(shí)的濃度比例與水的 ph 值有完全 相應(yīng)的關(guān)系。在底 ph 值范圍內(nèi)，水中只有 co2+h2co3；在高 ph 值范圍內(nèi)只有 co32-離 子；而 hco3-離子在中等 ph 值范圍內(nèi)占絕對優(yōu)勢。尤以 ph=8.34 時(shí)為最大。因此， 水的 ph 值較高時(shí)就會產(chǎn)生更多的碳酸鈣沉淀；反之，水的 ph 值較低時(shí)，則碳酸鈣 不易產(chǎn)生沉淀。 4）含鹽量的影響 油田水中的溶解鹽類對碳酸鈣的溶解度有一定的影響。在含有氯化鈉或除鈣離 子和碳酸根離子以外的其它溶解鹽

35、類的油田水中，當(dāng)含鹽量增加時(shí)，變相應(yīng)的提高 了水中的離子濃度。由于離子間的相互靜電作用，使 ca2+離子和 co32-的活動性減弱， 結(jié)果降低了這些離子在碳酸鈣固體上的沉淀速度，溶解的速度占了優(yōu)勢，從而碳酸 鈣的溶解度增大。我們將這種現(xiàn)象稱為溶解的鹽效應(yīng)。反之，油田水中的溶解鹽類 具有與碳酸鈣相同的離子濃度時(shí)，由于同離子效應(yīng)而降低了碳酸鈣的溶解度。例如， 碳酸鈣在氯化鈉的水溶液中的溶解度隨氯化鈉的濃度的提高而增大；當(dāng)氯化鈉的濃 度提高到 120g/l 水時(shí)，碳酸鈣的溶解度增大，為 0.122g/l 水時(shí)，然后，隨著氯化鈉 的濃度的提高，碳酸鈣的溶解度開始下降。假定水中的氯化鈉的濃度達(dá)到 120

36、g/l 水 時(shí)，使碳酸鈣達(dá)到飽和狀態(tài)，那么少量的二氧化碳溢散將會引起碳酸鈣的沉淀。 3.2 碳酸鎂垢 碳酸鎂是另一種形成水垢的物質(zhì)，碳酸鎂在水中的溶解性能和碳酸鈣相似。碳 酸鎂的反應(yīng)如下： mgco3 + co2 + h2o mg(hco3)2 與碳酸鈣一樣，碳酸鎂在水中的溶解度隨水面上二氧化碳的分壓的增大而增 大；隨著溫度的增大而減小。但是，碳酸鎂的溶解度大于碳酸鈣，如在蒸餾水 中碳酸鎂的溶解度比碳酸鈣大四倍。因此，對于大多數(shù)既含有碳酸鎂又含有碳酸鈣 的水來說，任何使碳酸鎂和碳酸鈣溶解度減小的條件出現(xiàn)，首先會形成碳酸鈣垢， 除非影響溶解度減小的條件發(fā)生劇烈的變化，否則碳酸鎂垢未必會形成。 碳

37、酸鎂在水中易水解成氫氧化鎂，碳酸鎂的反應(yīng)如下： mgco3 + h2o mg(oh)2 + co2 由于水解反應(yīng)生成的氫氧化鎂溶解度很小，氫氧化鎂也是一種反常的溶解度物 質(zhì)，它的溶解度隨著溫度的上升而下降。含有碳酸鎂和碳酸鈣的水，當(dāng)溫度上升到 82時(shí)，開始生成氫氧化鎂垢。 3.3 硫酸鈣垢及其影響因素 3.3.1 硫酸鈣垢 硫酸鈣垢或石膏是油田水中一種常見的固體沉淀物。硫酸鈣常常直接在輸水管 道、鍋爐和熱交換器等金屬表面上沉積而形成水垢。硫酸鈣的晶體比碳酸鈣的晶體 小，所以硫酸鈣垢一般要比碳酸鈣垢更堅(jiān)硬和致密。當(dāng)碳酸鈣垢用酸處理時(shí)，并不 像碳酸鈣那樣產(chǎn)生氣泡。硫酸鈣垢更難除去。硫酸鈣一般有種形

38、態(tài)：帶有兩個(gè)結(jié)晶 水的硫酸鈣（也叫石膏，caso41/2h2o） ，半水硫酸鈣（caso41/2h2o） ，無水硫 酸鈣（也叫硬石膏，caso4） 。 3.3.2 影響因素 1）溫度對硫酸鈣垢的影響 硫酸鈣在水中的溶解平衡如下： ca2+so42-caso4 硫酸鈣在水中的溶解度比碳酸鈣大得多，硫酸鈣在 25的去離子水中的溶解度 為 2090mg/l，比碳酸鈣的溶解度要大幾十倍。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)溫度小于 40時(shí)，油 田水中常見的硫酸鈣是石膏（caso42h2o） ；當(dāng)溫度大于 40時(shí)，油田水中可能 出現(xiàn)無水石膏（caso4） 。 溫度對 caso42h2o 在去離子水中溶解度的影響，當(dāng)溫度約為 4

39、0時(shí)， caso42h2o 的溶解度達(dá)到最大值；然后，caso42h2o 的溶解度開始下降；當(dāng)溫 度超過 50時(shí)，caso42h2o 的溶解度明顯下降。這和碳酸鈣溶解特性完全不同， 碳酸鈣的溶解度隨著溫度的升高總是減小的。 當(dāng)溫度大于 50時(shí)，無水石膏的溶解度變得比石膏更小。因而在較深和溫度較 高的井中，硫酸鈣主要以無水石膏的形式存在。 2）含鹽量對硫酸鈣垢的影響 含有氯化鈉和氯化鎂的水對硫酸鈣（caso42h2o）的溶解度有明顯的影響，硫酸 鈣在水中的溶解度不但與氯化鈉濃度無關(guān)，而且還和氯化鎂濃度有關(guān)。當(dāng)水 中只含有氯化鈉時(shí)，氯化鈉濃度在 2.5mol/l 以下時(shí)，氯化鈉濃度的增加會使硫 酸

40、鈣的溶解度增大；但氯化鈉含量進(jìn)一步增加，硫酸鈣的溶解度又減小。水中氯化 鈉濃度為 2.5mol/l 時(shí)，硫酸鈣的溶解度是去離子水中的三倍。當(dāng)水中氯化鈉濃度小 于 2.5mol/l 時(shí)，水中加入少量的鎂離子反而使硫酸鈣的溶解度下降；當(dāng)水中氯化鈉 濃度接近 4mol/l 時(shí)，鎂離子的加入與否對硫酸鈣的溶解度幾乎沒有差別。 3）壓力對硫酸鈣垢的影響 硫酸鈣在水中的溶解度隨壓力增加而增大。增大壓力對硫酸鈣溶解度的影響是 物理作用，增大壓力能使硫酸鈣分子體積減小，然而要使分子體積發(fā)生較大變化， 就需要大幅度增加壓力。 3.4 硫酸鋇垢及其影響因素 3.4.1 硫酸鋇垢 油田中 baso4結(jié)垢是結(jié)垢控制中

41、遇到的最難解決的嚴(yán)重問題之一。baso4垢是 油田諸多垢中最難溶的一種物質(zhì)，結(jié)垢發(fā)生在地層和井筒中的各個(gè)部位。結(jié)垢也發(fā) 生在礫石填充層、井下泵、油管管柱、油嘴及儲油設(shè)備、集輸管線、原油加工設(shè)備 及水處理系統(tǒng)的任何部位。除了在陸上油田，近期在近海儲集層的二次采油過程中 也產(chǎn)生大量的 baso4垢。在采油過程中 baso4垢的生成嚴(yán)重影響了采油作業(yè)，甚至 造成故障，增加了修井頻率和時(shí)間，致使采油量下降，采油成本急劇上升。另外， 對于發(fā)生在套管中或地面集輸系統(tǒng)中的 baso4結(jié)垢，由于其垢體堅(jiān)硬，附著牢固， 又難以用常規(guī)酸堿類物質(zhì)清除，除了會造成輸送管線縮徑，輸送量急劇下降，甚至 會堵塞集輸管線導(dǎo)致

42、采油設(shè)備或工件的報(bào)廢。因此，了解 baso4垢的除垢方法及除 垢用劑的研究及發(fā)展現(xiàn)狀，對今后 baso4垢的清除有指導(dǎo)意義。 3.4.2 影響硫酸鋇垢的因素 溫度對硫酸鋇垢的影響 硫酸鋇是油田水中最難溶解的一種物質(zhì)，其在水中的溶解反應(yīng)為： ba2+so42-baso4 硫酸鋇的溶解度隨著溫度的升高而增大。硫酸鋇在溫度為 25的去離子水中的 溶解度為 2.3mg/l；當(dāng)水溫為 95時(shí)，硫酸鋇的溶解度增加到 3.9 mg/l。然而，即 使在這樣高的溫度下，硫酸鋇也是及其難溶的。由于硫酸鋇的溶解度隨溫度升高而 增大，所以注水井若在地面條件下不結(jié)垢，通常在井底也不存在硫酸鋇的結(jié)垢問題。 第 4 章 大

43、慶油田采油廠結(jié)垢及結(jié)垢預(yù)測 本文結(jié)垢問題都是按照溶度積的規(guī)則，根據(jù)溶度積常數(shù)及溶液中實(shí)際離子濃度， 就能估計(jì)該種溶液可溶性鹽沉淀析出的可能性。 為了分析大慶采油廠結(jié)垢程度，本文注水溫度為 40（104） ，分別對大慶采 油一廠，二廠，三廠，四廠，五廠，六廠，八廠，九廠注水水質(zhì)進(jìn)行分析和計(jì)算后 （計(jì)算過程見附錄 1） ，對入水結(jié)垢進(jìn)行預(yù)測。 4.1 大慶采油一廠結(jié)垢預(yù)測 表 4-1 大慶一廠采油區(qū)（聚北一聯(lián)合站）注水水質(zhì)分析表 水樣co32-hco3-cl-so42-ca2+mg2+na+k+ph總礦化度 清水15.31389.00106.3657.640.404.86231.966.5817.

44、15 污水76.531820.53719.929.618.024.681196.8 1 7.53834.27 4.1.1 碳酸鈣結(jié)垢預(yù)測 根據(jù) stiff 和 davis 提出的飽和指數(shù)法和上述表格水質(zhì)分析可知 清水中ca2+=0.4 ，co32-=15.31 ， hco3-=389.00 ， so42-=57.64 ， ph= 6.5 ， 40時(shí)，離子強(qiáng)度 u=0.01 ， k=1.80(具體數(shù)據(jù)見附錄 2，以下同) 則 si=ph-phs=0.1， si0，故單注清水時(shí)可能形成碳酸鈣垢。 污水中ca2+=8.02 ， co32-=76.53 ， hco-=1820.53 ， so42-=9

45、.61 ， ph= 7.5 ，40 離子強(qiáng)度 u=0.05 ， k=2.00 則 si=ph-phs=0.75， si0，故單注污水時(shí)可能形成碳酸鈣垢。 4.1.2 硫酸鈣結(jié)垢預(yù)測 根據(jù)前面提到的熱力學(xué)溶解度法和上表水質(zhì)分析可知 清水中ca2+=0.40 ， 幾乎是不純在，這里可以忽略，認(rèn)為不純在硫酸鈣結(jié)垢的傾 向 污水中 40時(shí)，溶度積 ksp=2.2510-4 則 s=29.775mol/l8.02/20=0.4mol/l s實(shí)際值，故不可能生成 caso4垢。 4.2 大慶采油二廠結(jié)構(gòu)趨勢預(yù)測 表 4-2 大慶采油二廠區(qū)注水水質(zhì)分析表（mg/l） 水樣co32-hco3-cl-so42-

46、ca2+mg2+na+k+ph總礦化度 清水30.01122.0453.1962.4424.0510.9485.806.9388.47 污水75.032135.70895.3796.0616.034.861474.508.04697.55 4.2.1 碳酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測 清水中ca2+=24.05 ， co32-=30.01 ， hco32-=122.04 ， so42-=96.06 ， ph= 6.9 ， 40時(shí)離子強(qiáng)度 u=0.01 ， k=1.80 . 則 si=phphs=0.22， si0，故單注清水時(shí)可能形成碳酸鈣垢。 污水中ca2+=16.03 ， co32-=75.03 ， h

47、co3-=2135.70 ， so42-=96.06 ， ph= 8.0 ，其離子強(qiáng)度 u=0.06 ， k=2.04. 則 si=phphs=0.95， si0，故單注污水時(shí)可能形成碳酸鈣垢。 4.2.2 硫酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測 對于清水，由附表 1 可知溶度積 ksp=1.210-4， 則溶解度 s=21.78mol/l1.2mol/l s實(shí)際值，故不可能產(chǎn)生 caso4垢 對于污水，同理可知溶度積 ksp=2.510-4 則溶解度 s=31.08mol/l0.8mol/l s實(shí)際值，故不可能產(chǎn)生 caso4垢。 4.3 大慶采油三廠結(jié)垢預(yù)測趨勢 表 4-3 大慶采油三廠區(qū)注水水質(zhì)分析表（mg

48、/l） 水樣co32-hco3-cl-so42-ca2+mg2+na+k+ph總礦化度 注入水189.621096.55392.150.009.3764.17679.127.52430.98 4.3.1 碳酸鈣結(jié)垢預(yù)測 對于注入水，ca2+=9.37 ， co32-=189.62 ， hco3-=1096.55 ， so42- =0.00 ， ph= 7.5 ，其離子強(qiáng)度 u=0.04 ， k=1.96，則 si=phphs=0.15，si0， 故注入水可能形成碳酸鈣垢。 4.3.2 硫酸鈣結(jié)垢預(yù)測 由于注入水中so42-=0.00，故不純在 caso4垢。 4.4 大慶采油四廠結(jié)垢趨勢預(yù)測

49、表 4-4 大慶采油四廠區(qū)注水水質(zhì)分析表（mg/l） 水樣co32-hco3-cl-so42-ca2+mg2+na+k+ph總礦化度 清水63.62432.7788.6570.0540.0818.24230.927.5966.33 污水0.001121.21275.541.9012.6036.101189.008.53200.00 4.4.1 碳酸鈣結(jié)垢趨勢 四廠清水：ca2+=40.08 ， co32-=63.62 ， hco3-=432.77 ， so42-=70.05 ， ph=7.5 ，離子強(qiáng)度為 u=0.02 ， 常數(shù) k=1.84 ， 則 si=phphs=0.1 si0，故單注清

50、水時(shí)可能形成碳酸鈣垢。 四廠污水：ca2+=12.06 ， co32-=0.00 ， hco3-=1121.2 ， so42-=41.90 ， ph= 8.5 ，離子強(qiáng)度 u=0.05 ， 常數(shù) k=2.00. 則 si=phphs=0.75 si0，故單注污水時(shí)可能形成碳酸鈣垢。 4.4.2 硫酸鈣結(jié)垢預(yù)測 對于四廠清水：由附表 1 可知溶度積為 ksp=1.4510-4 則溶度積 s=6mol/l2mol/l， s實(shí)際值，故不可能產(chǎn)生 caso4垢。 對于 四廠污水：由附表 1 可知溶度積為 ksp=2.2510-4 則溶度積 s=30mol/l0.63mol/l， s實(shí)際值，故不可能產(chǎn)生

51、 caso4垢。 4.5 大慶采油五廠結(jié)垢預(yù)測 表 4-5 大慶采油五廠區(qū)注水水質(zhì)分析表（mg/l） 水樣co32-hco3-cl-so42-ca2+mg2+na+k+ph總礦化度 清水0.00640.00199.00130.00105.0024.00358.007.511400.00 污水0.002257.001000.0047.0023.0015.001982.008.225294.00 4.5.1 碳酸鈣結(jié)垢預(yù)測 五廠清水：ca2+=105.00 ， co32-=0.00， hco3-=640.00 ， so42- =130.00， ph= 7.51 ，離子強(qiáng)度為 u=0.02 ， 常數(shù)

52、 k=1.84 ， 則 si=phphs=1.1 si0，故單注清水時(shí)可能形成 caco4垢。 五廠污水：ca2+=23.00 ， co32-=0.00 ， hco3-=2257.00 ， so42-=47.00 ， ph=8.22 ，離子強(qiáng)度 u=0.08， 常數(shù) k=2.12， 則 si=phphs=1.4 si0， 故單注污水時(shí)可能形成 caco4垢。 4.5.2 硫酸鈣結(jié)垢 對于五廠清水：由附表 1 可知溶度積為 ksp=1.4510-4 則溶度積 s=22.8mol/l5.25mol/l s實(shí)際值，故不可能產(chǎn)生 caso4垢。 對于 四廠污水：由附表 1 可知溶度積為 ksp=2.7

53、510-4 則溶度積 s=321.5mol/l s實(shí)際值，故不可能產(chǎn)生 caso4垢。 第 5 章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析討論 經(jīng)過一系列的計(jì)算，我們可以對各廠碳酸鈣垢和硫酸鈣垢的情況做一下比較， 其結(jié)果如續(xù)表 5-1 所示。 表 5-1 各廠碳酸鈣垢和硫酸鈣垢的情況 水源ca2+/mgl-1hco3-/mgl-so42-/mgl-ph 值 t/ 碳酸鈣垢結(jié) 垢因子 硫酸鈣結(jié)垢 預(yù)測結(jié)果 一廠清水0.40389.0057.646.50400.10無結(jié)垢 一廠污水8.021820.539.617.50400.75無結(jié)垢 二廠清水24.05122.0462.446.90400.22無結(jié)垢 二廠污水16.0

54、32135.7096.068.00400.95無結(jié)垢 三廠注水9.371096.550.007.50400.15無結(jié)垢 四廠清水63.62432.7770.057.50400.10無結(jié)垢 四廠污水12.601121.2041.908.50400.75無結(jié)垢 五廠清水105.00640.00130.007.51401.10無結(jié)垢 上述得出的結(jié)果，我們僅僅是由于水質(zhì)的影響而得出的結(jié)論，現(xiàn)在我們在從影 響其結(jié)垢的內(nèi)因進(jìn)行分析。 5.1 其它影響因素 5.1.1 溫度的影響 溫度主要影響成垢物質(zhì)在水中的溶解度。當(dāng)溫度升高時(shí)，碳酸鈣，硫酸鈣等結(jié) 垢物質(zhì)在水中的溶解度降低，從而可形成垢。另外，溫度升高還會

55、使碳酸一氫鈣分 解而生成碳酸鈣垢： ca(hco3)2caco3 + co2 + h2o 由注入水溫度為 40可知，溫度相對較高，所以溶解讀較差，結(jié)構(gòu)傾向較大。 這一結(jié)果與計(jì)算結(jié)果較符合。 5.1.2 壓力的影響 壓力的增加使碳酸鈣在水中的溶解度增加，從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，增加壓力可增加 溶解度。壓力下降對底下井筒和管線的結(jié)垢有很大的影響。在注水系統(tǒng)中，注水干 線水壓高，結(jié)垢較少，支管水壓有所降低，結(jié)垢較嚴(yán)重。 5.1.3 ph 值的影響 ph 較低時(shí)碳酸鈣再水中溶解度較大，沉淀就較少，反之，ph 升高，碳酸鈣較 多，鐵化合物垢一樣，而對于硫酸鹽的垢其影響不大。由大慶采油廠的水質(zhì)數(shù)據(jù)我 們知道，大慶

56、采油廠的 ph 值較高，這也是產(chǎn)生碳酸鈣垢的重要原因之一。 5.1.4 流速的影響 水介質(zhì)的流動會影響成垢物質(zhì)的結(jié)晶過程，使垢不易生成。在其它條件不變的 情況下，水的流速越大，結(jié)垢傾向也越小。即使在有明顯結(jié)垢趨勢的水流中，結(jié)垢 現(xiàn)象也不十分明顯。大慶采油廠在注清水或污水時(shí)，盡管兩種水都有碳酸鈣結(jié)垢傾 向（si0） ， 但由于水的流動，碳酸鈣結(jié)垢并不嚴(yán)重，這與計(jì)算結(jié)果一致。 5.2 清水污水混注時(shí)結(jié)垢原因分析 大慶采油廠一些采油廠采用了用清水和污水混注技術(shù)，例如大慶采油五廠（體 積比為 2/3） ，下面我們就此種注入方式進(jìn)行定量的分析，以研究其結(jié)垢的傾向。 下面我們以大慶采油五廠為例，研究此種情

57、況：采用 stiff 和 davis 的飽和指 數(shù)發(fā)，分析不同比例的清水和污水的碳酸鈣垢傾向的情況，結(jié)果由圖 5-1 可明顯看 出，任何比例的清水污水混合水的碳酸鈣結(jié)垢傾向均大于單一的清水和污水， 這正是采油五廠注水系統(tǒng)混注時(shí)更易結(jié)垢的原因。換句話說，采油五廠的清水 和污水是不相溶的。在實(shí)際操作中，應(yīng)避免兩種水混合注入，可采用分注或輪注的 工藝。當(dāng)非注入不可時(shí)，應(yīng)避開最易結(jié)垢的混合比，采取結(jié)垢傾向較低的混合比， 例如清水的比例小于 30%或大于 80%。 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 020406080100 含水（%） 結(jié)垢傾向因子si 圖 5-1

58、不同體積比的清水和污水混合水的碳酸鈣結(jié)垢傾向 5.3 含鐵混合物結(jié)垢 5.3.1 含鐵化合物垢樣 含鐵化合物垢樣主要產(chǎn)于供水及交替注入水的管線。鐵化合物類型我們在文獻(xiàn) 綜述中已經(jīng)介紹過，這里不做重復(fù)。鐵化合物垢的主要成分是腐蝕產(chǎn)物，與注入水 中的溶解氧氣及細(xì)菌的活動有關(guān)。硫酸鹽還原菌的產(chǎn)物 h2s 對金屬的腐蝕嚴(yán)重，生 成物的 fes 易造成管道堵塞。鐵細(xì)菌及能夠產(chǎn)生黏液的腐生菌，超過一定值會產(chǎn)生 腐生電池，也是注入水井堵塞，注水量降低。硫酸鹽還原菌是厭氧菌。在含氧環(huán)境 中容易繁殖。其腐蝕機(jī)理我們在前面已經(jīng)講過，這里也不做分析。 大慶采油廠也純在鐵化合物垢，但不是主要垢的成分，但我們有必要搞清

59、其結(jié) 垢的趨勢及結(jié)垢的原因。下面我們針對上述目的，針對大慶采油八廠的油田水情況 做一下定量的分析和討論。 對宋一連出口的水中的細(xì)菌分析見下表： 表 5-2 油田水細(xì)菌分析 樣 品腐 生 菌硫酸鹽還原菌鐵 細(xì) 菌總 菌 宋 一 清 出 3.33 10 0 00 1.67 103 宋 一 污 出 6.67 1046.67 1021.00 1031.00 106 從表 5-2 中，我們可以看出污水中硫酸鹽還原菌含量比清水高。污水清水交替 注入時(shí)，污水溫度為 45，清水溫度為 14，為硫酸鹽還原菌提供了適宜的溫度， 當(dāng)殺菌質(zhì)量不高時(shí)，硫酸鹽還原菌大量繁殖。這正是交替注入水時(shí)的井底易產(chǎn)生黑 色腐蝕產(chǎn)物 f