第十章-油田水的防垢和除垢技術分解

1、第十章第十章 油田水的防垢與除垢技術結垢機理及影響因素油田防垢技術的應用油田常用的防垢劑及作用機理油田化學除垢2134一、結垢機理及影響因素油田水常見的水垢與影響因素名稱碳酸鈣硫酸鈣硫酸鋇硫酸鍶鐵化合物碳酸亞鐵硫化亞鐵氫氧化亞鐵氫氧化鐵氧化鐵化學式CaCO3CaSO42H2O(石膏石膏)CaSO4(無水石膏無水石膏)BaSO4SrSO4FeCO3FeSFe(OH)2Fe(OH)3Fe2O3結垢的主要因素二氧化碳分壓、溫度、含鹽量、pH值溫度、壓力、含鹽量溫度、含鹽量腐蝕、溶解氣體、pH值一、結垢機理及影響因素結垢是油田水水質(zhì)控制遇到的最嚴重的問題之一，結垢可以在地層和井筒的任何地方發(fā)生，結垢的

2、危害： 降低傳熱效果； 引起管道、設備腐蝕； 降低水流道面積，增大水流阻力和能耗； 增加清洗費用和停產(chǎn)時間；一、結垢機理及影響因素碳酸鈣結垢機理碳酸鈣垢CaCO3是由于鈣離子與碳酸根或碳酸氫根結合而是由于鈣離子與碳酸根或碳酸氫根結合而生成的，反應如下：Ca2+ +CO32- CaCO3Ca2+2HCO-CaCO3+CO2+H2O在油井生產(chǎn)過程中，當流體從高壓地層流向壓力較低的井筒時，CO2分壓下降，水組分改變，就成為CaCO3溶解度下降并析出沉淀的主要原因之一。其平衡常數(shù)K為：碳酸鈣結垢傾向性預測公式飽和指數(shù)等于水的實際pH值與在該條件下(溫度、堿度、硬度和總溶解固體相同)被碳酸鈣飽和的pH值

3、(以pHs表示之)之差：SI=pH-pHs碳酸鈣在水中建立溶解平衡后CaCO3(S)+H+ +Ca2+ + HCO-取對數(shù)pHs= pCa2+ pHCO3-pK又pK等于pK2和pKSP之差(K2為HCO3-)的電離常數(shù)，KSP為碳酸鈣的溶度積)，K也可又離子強度與水溫的關系表中查得：12碳酸鈣結垢傾向性預測公式SI=pH-K-pCa2+ -pHCO3-式中：SI結垢指數(shù)；pH系統(tǒng)中實際系統(tǒng)中實際pH值；值；pHS系統(tǒng)中的碳酸鈣達飽和時的系統(tǒng)中的碳酸鈣達飽和時的pH值；值；K常數(shù)，為含鹽量，組成和水溫的函數(shù)，可由離子強度與水溫的常數(shù)，為含鹽量，組成和水溫的函數(shù)，可由離子強度與水溫的關系表中查得

4、；pCa2+Ca 2+濃度負對數(shù)，Ca 2+ 離子濃度單位為mol/L；pHCO3-HCO3-濃度負對數(shù)，HCO3-離子濃度單位為mol/L；離子強度 ： = (C 1 Z 12 + C 2 Z 22 + L + C n Z n2 )式中：Cn某離子濃度，mol/L；Zn某離子的化合物。某離子的化合物。飽和指數(shù)SI的意義 SI=0時，水中的鈣離子和堿度等在該溫度下保持平衡，水剛好被碳酸鈣飽和，因而水是穩(wěn)定的，即不析出垢； SI0時，該條件下水中的鈣離子處于過飽和狀態(tài)，傾向于結垢析出，SI值越大，結垢的傾向也越大； SI0時，鈣離子不飽和，不會結垢。影響碳酸鈣結垢的因素 二氧化碳的影響： 溫度和

5、壓力的影響； pH值的影響；值的影響； 鹽量的影響。 溶解的鹽效應 ：離子間的靜電相互作用，使Ca2+離子和CO32-離子的活動性減弱，結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，從而碳酸鈣溶解度增大的現(xiàn)象。碳酸鎂結垢因素分析 碳酸鎂的溶解反應如下：Mg2CO3+CO2+H2OMg(HCO3)2碳酸鎂在水中的溶解度隨水面上二氧化碳分壓的增大而增大；隨著溫度增大而減小。碳酸鎂結垢因素分析碳酸鎂在水中易水解成氫氧化鎂，碳酸鎂的水解反應如下：MgCO3+H2OMg(OH)2+CO2由水解反應生成的氫氧化鎂的溶解度很小，氫氧化鎂也是一種反常溶解度物質(zhì)，它的溶解度隨著溫度的上升而下降

6、。硫酸鈣結垢 硫酸鈣或石膏是油田水另一種常見的固體沉淀物。硫酸鈣或石膏是油田水另一種常見的固體沉淀物。 地層中的注入水中硫酸鹽的富集的原因：地層中的注入水中硫酸鹽的富集的原因： (1)巖石中所含石膏的溶解作用。巖石中所含石膏的溶解作用。 (2)巖石中硫化物被水中所含溶解氧氧化，產(chǎn)生硫酸根。巖石中硫化物被水中所含溶解氧氧化，產(chǎn)生硫酸根。 (3)注入水與油藏內(nèi)封存水的混合。注入水與油藏內(nèi)封存水的混合。 影響硫酸鈣結垢的因素：影響硫酸鈣結垢的因素： (1)溫度的影響溫度的影響 (2)鹽量的影響鹽量的影響 (3)壓力的影響壓力的影響硫酸鋇結垢硫酸鋇是油田水中最難溶解的一種物質(zhì)，在共沉淀條件下，硫酸鹽結

7、垢的難易程度與化學溶度積原理相一致，BaSO4最快，其次是SrSO4，最慢的是CaSO4。當溫度上升時，BaSO4的結垢趨勢減弱，當壓力上升時，三種硫酸鹽的溶解性增大，結垢減少。影響硫酸鋇溶解度的因素如下： 溫度的影響硫酸鋇的溶解度隨著溫度升高而增大。 含鹽量的影響硫酸鋇在水中的溶解度于碳酸鈣一樣，隨著含鹽量的增加而增加。12鐵沉淀物來源水中溶解的鐵離子鋼鐵的腐蝕產(chǎn)物油田水的腐蝕通常是由溶解的二氧化碳、硫化氫和氧引起的，溶解氣體與地層水中的鐵離子反應也能生成鐵化合物。每升地層水中鐵含量通常僅幾毫克。含有氧化鐵膠體的水具有紅色，稱為“紅水”。含有硫化亞鐵膠體的水具有黑色，稱為“黑水”。硅沉淀物天

8、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鹽和鋁酸鹽的巖石和水直接接觸后溶解而形成的。硅垢以硅酸鹽或二氧化硅為主的垢以硅酸鹽或二氧化硅為主的垢油田防垢技術的應用控制結垢的作用(1)防止晶核化或抑止結晶變大；防止晶核化或抑止結晶變大；(2)分離晶核，控制成垢陽離子，主要是螯合二價金分離晶核，控制成垢陽離子，主要是螯合二價金屬離子；(3)防止沉積，保持固體顆粒在水中擴散并防止在金防止沉積，保持固體顆粒在水中擴散并防止在金屬表面沉積。油田防垢技術的應用1、控制pH值2、去除溶解氣體控制方法3、防止不相容的水混和4、采用防垢劑進行防垢油田常用的防垢劑及作用機理油田常用的防垢劑油田常用的防垢劑

9、無機磷酸鹽主要有磷酸三鈉、焦磷酸四鈉、三聚磷酸鈉、十聚磷酸鈉和六偏磷酸鈉(NaPO3)。有機磷酸及其鹽類主要有氨基三甲叉磷酸(ATMP)、乙二胺四甲叉磷酸(EDTMP)、羥基乙叉二磷酸鈉、羥基乙叉二磷酸鈉(HEDP)等。等。聚羧酸類防垢劑(1)丙烯酸、甲基丙烯酸的聚合物丙烯酸、甲基丙烯酸的聚合物 分子式：聚丙烯酸(鈉)性質(zhì)聚甲基丙烯酸(鈉)固含量(質(zhì)量分數(shù))/%相對分子質(zhì)量(平均)253020005000(黏度法黏度法)pH值值聚丙烯酸23聚丙烯酸鈉阻垢率/%聚合率/%外觀898595淺黃色黏稠液體，可用水無限稀釋（2）丙稀酸共聚物丙烯酸丙烯酸羥丙酯共聚物結構式：相對分子質(zhì)量：50010000

10、用量為10100mg/L。10mg/L用量阻磷酸鈣垢率為96%，可分散83.2%的氧化鐵垢。（2）丙稀酸共聚物丙烯酸丙烯酸甲酯共聚物丙烯酸丙烯酸甲酯共聚物結構式：結構式：相對分子質(zhì)量：相對分子質(zhì)量：300020000能抑制鈣垢的形成。尤其適用于高能抑制鈣垢的形成。尤其適用于高pH值值(9以上以上)和和較高水溫的條件。較高水溫的條件。（4）聚馬來酸及其共聚物聚馬來酸分子結構為：特性：特性：它同時具有晶格歪曲和臨界效應兩種作用，因此防垢效果優(yōu)異；它同時具有晶格歪曲和臨界效應兩種作用，因此防垢效果優(yōu)異；可使用于高可使用于高pH值防垢，有分散磷酸鈣垢的效能，在總硬度為值防垢，有分散磷酸鈣垢的效能，在總

11、硬度為1000mg/L鈣鈣(以碳酸鈣計以碳酸鈣計)、暫硬度為、暫硬度為500 mg/L的水中仍有防垢作用；的水中仍有防垢作用；生成的垢很軟，易被水流沖洗掉；生成的垢很軟，易被水流沖洗掉；可使用于較高的溫度，有較高的熱穩(wěn)定性；可使用于較高的溫度，有較高的熱穩(wěn)定性；和鋅鹽配合可有防腐蝕作用；和鋅鹽配合可有防腐蝕作用；無毒。無毒。聚馬來酸最適宜的相對分子質(zhì)量是聚馬來酸最適宜的相對分子質(zhì)量是8001000(數(shù)均數(shù)均)，水解度為，水解度為100%。（5）丙稀酰胺類聚合物如果把聚丙烯酰胺羧甲基化，則形成：（6）苯乙烯磺酸馬來酸酐共聚物結構式：相對分子質(zhì)量：100010000用于抑制磷酸鈣、碳酸鎂、硅酸鹽及

12、鐵氧化物等垢的形成及沉積。有機磷酸鹽防垢劑 (1)氨基三亞甲基膦酸氨基三亞甲基膦酸(ATMP)分子式為：(2)羥基亞乙基二膦酸羥基亞乙基二膦酸(HEDP)分子式為：(3)乙二胺四亞甲基膦酸乙二胺四亞甲基膦酸(EDTMP)分子結構式：有機膦酸酯防垢劑有機膦酸酯也是一種新型的水處理劑。它除了膦酸單酯和膦酸二酯外，還有焦膦酸酯和聚氧乙烯基膦酸酯。在分子結構上，后者可以看作是在膦酸酯的碳氧單鏈(CO)之間，插入幾個氧乙烯基(CH2CH2O)所構成。所構成。(1)單元醇膦酸酯單元醇膦酸酯分子式：(2)多元醇膦酸酯多元醇膦酸酯分子式：六元醇膦酸酯也是常用的膦酸酯。天然有機化合物防垢劑 (1)丹寧丹寧丹寧可

13、防止溶解氧對陰極的去極化作用，或在金屬表面生成一種不透性的保護膜，還有一些丹寧可改進自然形成的膜而增強保護作用。 (2)磺化木質(zhì)素磺化木質(zhì)素磺化木質(zhì)素為造紙工業(yè)的副產(chǎn)物，具有來源方便、價格低廉、無毒等優(yōu)點。它分子中含有磺酸基、羥基、甲氧基，對氧化鐵有良好的分散作用，常在水處理劑配方中作為一個組分。其缺點是它是天然物質(zhì)，性能常有波動?；瘜W防垢機理 分散作用 螯合和絡合作用 絮凝作用 變形作用四、油田化學除垢1、水溶性水垢2、酸溶性水垢3、不溶于酸的水垢4、新型除垢劑新型防垢劑新型防垢劑(1)水溶性鹽類，如馬來酸二鈉鹽，可將水溶性鹽類，如馬來酸二鈉鹽，可將CaSO4垢直接轉(zhuǎn)化成水溶性物質(zhì)，添垢直接轉(zhuǎn)化成水溶性物質(zhì)，添加潤濕劑或有機溶劑可增加其作用效果。(2)葡萄糖酸鹽葡萄糖酸鹽(鉀、鈉鉀、鈉)、氫氧化鈉、氫氧化鈉(鉀鉀)和碳酸鉀和碳酸鉀(鈉鈉)的混合溶液，可除去的混合溶液，可除去CaSO4垢，生效快是其特點。垢，生效快是其特點。(3)酸和礬催化劑。用以清除被包藏的硫化物沉積垢，以無機鹽酸酸和礬催化劑。用以清除被包藏的硫化物沉積垢，以無機鹽酸(多是多是HCI)、五氧化二釩、羥酸(單羥酸或多羥酸)的混合液形式使用，可加入潤濕劑增效。有時用砷酸鹽、硫脲等緩蝕劑，以抑制酸的腐忡作用。整理的時候加上結構式或者化學式整理的時候加上結構式或者化學式新型防垢劑新型防垢劑(4)雙硫醚雙硫醚(RS