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1、l华华 隆隆 油油 田田 科科 技技 股股 份份 有有 限限 公公 司司答答 辩辩 论论 文文题题 目目 油田污垢的形成及新防垢方法单单 位位 油田技术事业部姓姓 名名 指指导导老老师师 完完成成日日期期 l目录目录摘要- 1 第 1 章 绪论 - 2第 2 章 油田污水结垢防垢的分析- 22.1 污垢的分类- 32.2 油田水性质- 32.2.1 油田水常见的水垢类型- 42.3 结垢的理论- 5第 3 章 超声波在油田上防垢除垢的效应及应用- 53.1 超声波防垢技术- 63.2 超声波的防垢机理主要表现- 63.3 超声波防垢的应用- 7致谢- 7参考文献- 7【摘要】l油井及集输系统结
2、垢是我国油田注水后期存在的普遍问题。油气生产过程中由于压力、温度变化以及地层水和注入水不匹配，可在近井地带、射孔孔眼、井下油管、泵、地面设备、管道内形成垢，造成堵塞或产液量下降，阻碍原油生产。文章概述了油田的结垢原因、类型和各种防垢方法【作者单位】：新疆华隆油田科技股份有限公司【关键词】：除垢 节能 防垢 第第 1 1 章章 绪论绪论 水是石油的天然伴生物。目前我国大部分油田采用了注水开发方式，每生产 1 吨原油约需要注 23 吨水，因而水和石油生产的关系极大。 随着油田注水的进行带来了两个问题。一是注入水的水源问题，人们希望得到能提供供水量大而稳定的水源；二是原油含水l量不断上升，含油污水量
3、越来越大，污水的排放和处理是个大问题。在生产实践中，人们认识到油田污水回注是合理开发和利用水资源的正确途径。 但是油田污水水质复杂，含有许多有害成分。因此对油田注入水的水质应有一定要求，否则会带来一系列新问题。 污水中大量成垢盐类随着温度、压力变化，以及因与不同水的混合，将出现结垢、堵塞现象。例如，某油田一口油井投产仅 10 天，21/2英寸1集油管就因积垢而被堵死，先后更换 6 次管线，最后被迫关井 。 3 3 目前每年注水约 6.2 亿 m3 ，每年产出水约 3 亿 m3 ，这些水随原油产出，原油脱水后水中常常带油，而且地层采出的水，都不同程度地含等 Ca2+,Mg 2+, Fe2+,Fe
4、 3+,SO 42+,CO32-, 等离子，从保护环境的角度出发，不能随便排放，而要求 100%处理回注，这样做一方面可以利用污水资源2减少注入新鲜水的量，另一方面可以减少对环境用水的污染 。 油田污水的不合理回注和排放，不仅使地面设备不能正常工作，而且会因地层堵塞而带来危害，同时也会造成环境污染。因此，针对油田水腐蚀、结垢和细菌造成的危害，采取有力的缓蚀、防垢和杀菌措施，1不断提高和改进油田水处理技术已成为势在必行的重要课题 。其中结垢问题已同砂、蜡、水、稠问题一样，成为采油工艺和油气水处理工艺中不可忽视的研究课题。 近十年来，随着高新技术的发展（如电磁防垢技术），防垢除垢技术有了快速发展，
5、效果也更加突出。 本论文主要对上述电磁防垢除垢技术的机理及其应用实验作详要的研究。第第 2 2 章章 油田污水结垢防垢的分析油田污水结垢防垢的分析l所谓结垢就是在一定条件下从流体中析出的固体物质，在管线、设备上或地层内的沉积。油气处理管线结垢是经常的事，特别是污水管线、脱水器放水管线和注水管线结垢严重。胜利油田某注水站房水管线结垢速度十分惊人，一个月内可将 1 个管线堵死，两个半月可将 4 个管线堵死，半年内可将 8 个管线堵死，管线结垢使排水量减少，因而影响脱水器的处理量，由于结垢使管线摩阻增加、能耗增加。如大庆油田污水管线结垢仅摩阻增加一项就是全油田耗电费用增加 70 多万元。结垢还会严重
6、影响生产，甚至被迫停产，如江汉油田有些井原油含盐高达 10 万 mg/L，油井或出油管线往往结盐，使油井不能生产。长庆油田采油厂，因结垢问题，许多站点面临停产威胁，年净损失达 40 万元。地层内也会结垢，堵塞渗流孔道，影响采油量和采油速度 。 结垢的危害显而易见，它降低了设备传热效果，严重时会引起堵塞，必须及时清理；引起设备和管道局部垢下腐蚀，并为 SRB 细菌的繁殖提供了有利条件；降低水流截面积，增大了水流阻力和输送能量 。总之，严重影响了设备的运行，造成的巨大的经济损失，大大增加了油田的成本。因此，开展污垢成垢机理、抗垢方法的研究，无疑具有重要的意义。 本课题的目的是从一般意义上探讨结垢、
7、防垢的机理，及进行电磁处理对水各个参数的影响，并对电磁防垢除垢进行实验。 2.12.1 污垢的分类污垢的分类 循环冷却水系统在运行的过程中，会有各种物质沉积在换热器的传热管表面。这些物质统称为沉积物。他们主要是由水垢l（scale）、淤泥（sludge）、腐蚀产物（corrosion products）和生物沉积物（biological deposits）构成。通常，人们把后三者统称为污垢（fouling）。天然水中溶解有各种盐类，如重碳酸盐、硫酸盐、氯化物、硅酸盐等。其中以溶解的重碳酸盐如 Ca(HCO3)2,Mg(HCO3)2 为最多，也最不稳定，容易分解生成碳酸盐。当含重碳酸盐较多的水作
8、为冷却水，当它通过换热器传热表面时，会受热分解：Ca(HCO3)2=CaCO3+H2O+CO2冷却水通过冷却塔相当于一个曝气过程，溶解在水中的 CO2 会逸出，因此，水的 pH 值会升高。此时，重碳酸盐在碱性条件下也会发生如下反应：Ca(HCO3)2+2OH-=Ca(CO3)2+2H2O+CO32 这些碳酸钙和磷酸钙都是微溶性盐，溶解度小，而且随着温度的升高而降低。因此，在换热器的传热表面上，这些微溶性盐很容易达到过饱和状态而从水中析出沉积在传热表面上。此外，水中溶解的硫酸钙、硅酸钙、硅酸镁等，当其阴、阳离子浓度的乘积超过其本身溶度积时，也会生成沉淀沉积在传热表面上。这类沉积物通常称为水垢。由
9、于这些水垢结晶致密，比较坚硬，故又称为硬垢。大多数情况下，由于硫酸钙的溶解度远远大于碳酸钙，换热器传热表面上形成的水垢是以碳酸钙为主的3。污垢一般是由颗粒细小的泥砂、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状氢氧化物、杂质碎屑、腐蚀产物、油污、特别是菌藻的尸体及其黏性分泌物等组成。由于这种污垢体积较大、质地疏松稀软，故又称为软垢。它们是引起垢下腐蚀的主要原因，也是某些细菌如厌氧菌的生存和繁殖的温床。这类污垢除了影响传热外，更严重的是将助长某些细菌如铁细l菌的繁殖，最终导致关闭腐蚀穿孔而泄漏3。实际上，一般垢都不是单一的组成，往往是混合垢，只不过以某种垢为主而已2。对于油气集输系统而言，最常见的污垢类型是结
10、晶污垢，在某些情况下，还可能有颗粒污垢及生物污垢。油田含油污水与其它水混注系统中结晶污垢的种类很多，其中危害最大的是：碳酸钙垢，硫酸钙垢和硫酸钡（包括硫酸锶）垢。2.22.2 油田水性质油田水性质1） pH 值。油田水中的 pH 值是判断腐蚀与结垢趋势的重要因素之一。因为某些水垢的溶解度与水的 pH 值有密切的关系，一般，水的 pH 值越高，结垢趋势就越大；若 pH 值较低，则结垢趋势减小。但结垢与腐蚀往往是一对矛盾，因此结垢趋势减小的同时，水的腐蚀性往往会增加。大多数油田水的 pH 值在 48 之间，但由于 H2S和 CO2 都是酸性气体，当它们溶于水中后，能使水的 pH 值降低。2） 悬浮
11、固体的含量。在已知体积的油田水中，用薄膜过滤器过滤出来的固体数量是顾及水的结垢堵塞趋势的一个重要依据。3） 浊度。浊度是水的“混浊”程度的一个量度，浊度高意味着水是不“清洁”的，含有较多的悬浮固体。水的浊度高也标志着地层堵塞的可能性大，因而浊度的测定也是应当控制的一个重要水质指标，而且可通过水中浊度的测定监视过滤器的性能。4） 温度。水温将影响水的结垢趋势、水的 pH 值以及各有关气体在水中的溶解度。当然，水温对腐蚀也会有一定的影响，一般情况下，水温增高，腐蚀将加剧l5） 相对密度。由于油田水中含有溶解的杂质（离子、气体等），因此它总是比纯水更致密，一般油田水的密度均大于 1.0。它也是水中溶
12、解固体总量的直接标志，即比较几种水，就能估计出溶解于这些水中的固体的相对量。6） 溶解氧。溶解氧对油田水的腐蚀和堵塞都有明显的影响，它不仅直接影响水对金属的腐蚀，而且如果水中存在溶解的铁，氧气进入系统会使不溶的铁的氧化物沉淀，从而造成堵塞。7） 硫化物。油田水中的硫化物（主要是 H2S）可能是自然存在于水中的，也可能是由于水中存在的硫酸盐还原菌（SRB）产生的。此外，硫化物也可能对堵塞产生一定的影响，这是因为硫化铁（FeS）既是一种腐蚀产物，也是一种潜在的地层堵塞物。8） 细菌总数。由于油田水中细菌的存在，既可能引起腐蚀，也有可能引起堵塞。2.2.12.2.1 油田水常见的水垢类型油田水常见的
13、水垢类型油田水中通常只含有少数几种水垢，油田水常见的水垢及影响结垢的主要因素见表 2-1。其中，油田污水中最常见、影响最大的水垢是碳酸钙，它在水中的溶解度是很低的，因此在油田水中，十分重要的溶解和沉淀问题就是碳酸钙的溶解平衡。碳酸钙在水中的溶解反应为：Ca2+CO32-=CaCO3 (2-3)CO32-离子的浓度直接受水的 pH 值和碳酸平衡状态的影响。碳酸平衡各级反应式为：表 2-1 油田水常见的水垢及影响因素l名称 化学式结垢的主要因素 碳酸钙CaCo3二氧化碳分压、温度、含盐量、pH 值硫酸钙CaSO4+2H2O(石膏)CaSO4（无水石膏）温度、压力、含盐量硫酸钡硫酸锶BaSO4SrS
14、O4温度、含盐量铁化合物碳酸亚铁硫化亚铁氢氧化亚铁氢氧化铁氧化铁FeCO3FeSFe(OH)2 Fe(OH)2Fe2O3腐蚀、溶解气体、pH 值腐蚀、溶解气体、pH 值CO2+H2O=H2CO3 (2-4)H2CO3=H+HCO3- (2-5)HCO3-=H+CO32- (2-6)l由反应式(2-5)和反应式(2-6)可以得到:2HCO3-=CO32-+H2CO3 (2-7)由反应式(2-4)和反应式(2-7)可以得到:2HCO3-=CO32-+CO2+H2O (2-8)反应式(2-8)是水中三种状态碳酸的统一化学式，即游离碳酸(CO2、H2CO3)、重碳酸盐碳酸(HCO3-)和碳酸盐碳酸(CO32-)的统一化学式。水中的离子要同时参与碳酸平衡和碳酸钙溶解平衡两方面的反应，所以，油田水中碳酸钙的溶解平衡可以用下列可逆反应来表示Ca(HCO3)=CaCO3+CO2+H2O (2-9
