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1、第十章油田水的防垢與除垢技術(shù)結(jié)垢機(jī)理及影響因素油田防垢技術(shù)的應(yīng)用油田常用的防垢劑及作用機(jī)理油田化學(xué)除垢2134一、結(jié)垢機(jī)理及影響因素油田水常見(jiàn)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(xué)式CaCO3CaSO4·2H2O(石膏)CaSO4(無(wú)水石膏)BaSO4SrSO4FeCO3FeSFe(OH)2Fe(OH)3Fe2O3結(jié)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(jié)垢機(jī)理及影響因素結(jié)垢是油田水水質(zhì)控制
2、遇到的最嚴(yán)重的問(wèn)題之一，結(jié)垢可以在地層和井筒的任何地方發(fā)生，結(jié)垢的危害：–降低傳熱效果；–引起管道、設(shè)備腐蝕；–降低水流道面積，增大水流阻力和能耗；–增加清洗費(fèi)用和停產(chǎn)時(shí)間；一、結(jié)垢機(jī)理及影響因素碳酸鈣結(jié)垢機(jī)理碳酸鈣垢[CaCO3]是由于鈣離子與碳酸根或碳酸氫根結(jié)合而生成的，反應(yīng)如下：Ca2++CO32-＝CaCO3↓Ca2++2HCO-＝CaCO3↓+CO2↑+H2O在油井生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)流體從高壓地層流向壓力較低的井筒時(shí)，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
3、數(shù)K為：2+?2+?[CaCO(固)][H][H]+碳酸鈣結(jié)垢傾向性預(yù)測(cè)公式飽和指數(shù)等于水的實(shí)際pH值與在該條件下(溫度、堿度、硬度和總?cè)芙夤腆w相同)被碳酸鈣飽和的pH值(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-K＝[Ca][HCO3]＝[Ca][HCO3]＋3取對(duì)數(shù)pHs=p[Ca2+]+p[HCO3-]-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(qiáng)度與水溫的關(guān)系表中查得：12碳酸鈣
4、結(jié)垢傾向性預(yù)測(cè)公式SI=pH-K-p[Ca2+]-p[HCO3-]式中：SI——結(jié)垢指數(shù)；pH——系統(tǒng)中實(shí)際pH值；pHS——系統(tǒng)中的碳酸鈣達(dá)飽和時(shí)的pH值；K——常數(shù)，為含鹽量，組成和水溫的函數(shù)，可由離子強(qiáng)度與水溫的關(guān)系表中查得；p[Ca2+]——Ca2+濃度負(fù)對(duì)數(shù)，Ca2+離子濃度單位為mol/L；p[HCO3-]——HCO3-濃度負(fù)對(duì)數(shù)，HCO3-離子濃度單位為mol/L；離子強(qiáng)度：μ=(C1Z12+C2Z22+L+CnZn2)式中：Cn——某離子濃度，mol/L；Zn——某離子的化合物。飽和指數(shù)SI的意
5、義?①SI=0時(shí)，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；?②SI>0時(shí)，該條件下水中的鈣離子處于過(guò)飽和狀態(tài)，傾向于結(jié)垢析出，SI值越大，結(jié)垢的傾向也越大；?③SI<0時(shí)，鈣離子不飽和，不會(huì)結(jié)垢。影響碳酸鈣結(jié)垢的因素?二氧化碳的影響：?溫度和壓力的影響；?pH值的影響；?鹽量的影響。?溶解的鹽效應(yīng)：離子間的靜電相互作用，使Ca2+離子和CO32-離子的活動(dòng)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(shì)，從而碳酸鈣溶解度增大的現(xiàn)象。碳酸鎂結(jié)垢
6、因素分析?碳酸鎂的溶解反應(yīng)如下：Mg2CO3+CO2+H2O→Mg(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(jié)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(yīng)如下：MgCO3+H2O→Mg(OH)2+CO2由水解反應(yīng)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。硫酸鈣結(jié)垢?硫酸鈣或石膏是油田水另一種常見(jiàn)的固體沉淀物。–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。–(2)巖石中硫化物
7、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。?影響硫酸鈣結(jié)垢的因素：–(1)溫度的影響–(2)鹽量的影響–(3)壓力的影響?硫酸鋇結(jié)垢硫酸鋇是油田水中最難溶解的一種物質(zhì)，在共沉淀?xiàng)l件下，硫酸鹽結(jié)垢的難易程度與化學(xué)溶度積原理相一致，BaSO4最快，其次是SrSO4，最慢的是CaSO4。當(dāng)溫度上升時(shí)，BaSO4的結(jié)垢趨勢(shì)減弱，當(dāng)壓力上升時(shí)，三種硫酸鹽的溶解性增大，結(jié)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
8、樣，隨著含鹽量的增加而增加。12鐵沉淀物來(lái)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(yīng)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
