污水结垢机理及除垢防垢技术

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1、结垢机理及除垢防垢技术一、油田水结垢问题1、什么是结垢结垢就是油田生产过程中，在地下储层、采油井井筒、套管、生产油管、井下完井设备以及地面油气集输设备和管线内由于各种原因而形成的一层沉积物质，它们会造成堵塞并妨碍流体流动。油田常见的垢沉积物主要是碳酸钙、硫酸钙和硫酸钡等。结垢现象普遍存在于油田生产过程的各个环节，从注水设备到油藏再到地面设备的整个水流路径上都能产生结垢。2、结垢与油田生产在油田生产过程中，地下储层、采油井井筒、地面油气集输系统内均可能产生无机盐结垢。油田水结垢给油田正常生产带来的危害十分巨大，因此结垢问题已越来越引起人们的关注。目前，油气集输系统的结垢问题已成为我国各油

2、田普遍存在的问题。以胜利油田为例，目前胜利油田油井综合含水平均高达92％，油井产出液中钙、镁离子和碳酸根离子浓度偏高，有些甚至超过500mg/L，处于严重过饱和状态。因此胜利油田许多油区的集输系统内结垢现象十分严重。下表为结垢较严重的胜利油田纯梁首站（梁家楼外输水及纯化外输水）的离子分析结果。从表中可以看出，这两部分外输水中钙离子浓度均在400mg/L以上，同时碳酸氢根离子和硫酸根离子浓度也很高。项目检测结果（mg/l）项目检测结果（mg/l）梁家楼外输纯化外输梁家楼外输纯化外输CL－12054.2112320.29Na＋+Ka＋7526.807705.51SO42－97.5569.4

3、0Mg2＋88.3579.33OH－0.000.00Ca2＋439.96442.30CO32－0.000.00总铁4.004.80HCO3－909.44908.59pH值6.726.71矿化度21110.3121530.22胜利油田纯梁首站外输水离子分析结果结垢对油田油气集输系统的危害：(1)油气集输系统中的水垢沉积会大大降低设备传热效果，严重时会引起堵塞，必须及时进行清洗作业。(2)结垢会引起设备和管道局部垢下腐蚀，并且为SRB细菌的繁殖提供有利条件。同时，结垢还会使缓蚀剂与金属表面难以接触成膜，大大降低缓蚀效果，加重设备和管道的腐蚀，甚至引起腐蚀穿孔，使管道报废。(3)水垢沉积还会

4、降低水流截面积，增大水流阻力和输送能量。以上各方面综合作用的结果会造成集输系统内清洗作业频繁和站内管道更换频繁，严重影响到油田的正常生产秩序，大大增加油田的生产成本。仍以胜利油田为例。胜利油田某些油区的集输管道内平均结垢速度达到25mm/月，为了防止垢层堵塞管道，必须平均每月进行一次酸洗。这不仅影响了正常生产，而且会加速管道的腐蚀，缩短管道的使用寿命。因此，如何经济有效地解决油气集输系统的结垢问题已成为各油田普遍关注的重要课题和迫切需要解决的生产问题。二、油田水结垢机理1、结垢机理油气生产过程中常见的结垢机理主要有四种：(1)不配伍混合不配伍的注入水和地层水混合可引起结垢。在二次采油和

5、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，而地层水含二价阳离子Ca2+和Ba2+，因此，当海水与地层水混合时会产生硫酸钙、硫酸钡等垢。在生产实践中发现，有时当清水与采出水混注时结垢明显加重，这也是由于所注入的清水与采出水水质不配伍而引起的。由此可见，在对采出水进行回注之前必须将其处理至合格水质标准。在钻井液、完井液应用中亦需考虑结垢问题，因为高密度盐水完井液与地层水不相容会引起硫酸钙垢沉淀。(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。如果这些变化使得流体

6、组分超过某种矿物质溶解度的极限，则会形成结垢沉积，这种现象称为自动结垢。硫酸盐或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到阻碍而沉积。高矿化度盐水的温度较大幅度下降会形成氯化钠（卤化物）。另外，当含有酸气的采出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。(3)蒸发引起结垢结垢还与采油生产过程中同时产出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。这是在高温高压井中形成卤化物结垢的常见原因。(4)气驱或化学驱引起结垢利用二氧化

7、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沉淀，而近井眼环境产生结垢将使压力进一步下降，从而形成更多的沉淀。在化学驱中注入地层的化学药剂也可能引起水垢沉积。碱驱中注入的碱液与岩石作用会使pH值、离子组分及温度和压力改变，可引起碳酸盐、硅酸盐、氢氧化物沉淀。注蒸汽驱油过程中也常有硫酸钙、碳酸钙垢沉积。