超声波在油田上防垢除垢的使用.docVIP

在石油开采中，提高中后期油井的产量及油田采收率，一直是采油工程中的重要课题之一。在油井开采过程中，常常会因各种原因在油井中形成一些堵塞物，阻碍原油流入井筒中，降低原油的渗透率.提高原油的渗透率，可采用各种物理!化学的方法.其中物理方法有声波技术!磁学技术!电磁场技术等.⒉超声波采油技术则是近几十年发展起来的三次采油技术之一，通过声波处理生产油井!注水井及近井油层，使油层中流体的物性及流态发生变化，改善井底近井油层的流通条件及渗透性，解除采油井!注水井的堵塞及油井防垢!除垢!防蜡，提高采液量!原油产量和注水量，降低原油的粘度，提高原油!水在多孔岩石中的渗透率。 超声波防垢器主要是利用超声波强声场处理流体，使流体中成垢物质在超声场作用下，其物理形态和化学性能发生一系列变化，使之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着管壁形成积垢。超声波的防垢机理主要表现在： 一、“空化”效应 超 声波的辐射能对被处理液体介质直接产生大量的空穴和气泡，也就是把液体拉裂而形成无数极微小的局部空穴，当这些空穴和气泡破裂或互相挤压时，产生一定范围 的强大的压力峰，这一强压力峰能使成垢物质粉碎悬浮于液体介质中，并使已生成的垢层破碎使其易于脱落。根据理论和实践测算，用20KHz、50W/cm2的超声波对1cm3液体辐射时，其发生空化事件的气泡数为5×104/s，局部增压峰值可达数百甚至上千大气压。 二、“活化”效应 超声波在液体介质中通过空化作用，可以使水分子裂解为H·自由基和HO·自由基，甚至H+和OH-等。而OH 与成垢物质离子可形成诸如CaOH 、MgOH 等的配合物，从而增加水的溶解能力，使其溶垢能力相对提高。也就是说，超声波能提高流动液体和成垢物质的活性，增大被水分子包裹着的成垢物质微晶核的释放，破坏垢类生成和在管壁沉积的条件，使成垢物质在液体中形成分散沉积体而不在管壁上形成硬垢。 三、“剪切”效应 水分子裂解产生的活性H 自由基的寿命比较长，它进入管道后将产生还原作用，可以使生成的积垢剥落下来。而且因超声波辐射在垢层和管壁上，加热管上的吸收和传播速度不同，产生速度差，形成垢层与管壁界面上的相对剪切力，从而导致垢层产生疲劳而松脱。 四、“抑制”效应 通 过超声波的作用，改变了液体主体的物理化学性质，缩短了成垢物质的成核诱导期，刺激了微小晶核的生成。新生成的这些微小晶核，由于体积小、质量轻、比表面 积大，悬浮于液体中，生成比壁面大得多的界面，有很强的争夺水中离子的能力，能抑制离子在壁面处的成核和长大，让既定结构的晶粒长大，因此减少了粘附于换 热面上成垢离子的数量，从而也就减小了积垢的沉积速率。实验研究表明，当液体的过饱和系数一定时，在同一超声波参数下，超声波作用时间越长，则成垢物质的 成核诱导期越短。 此外，超声波辐射压力、声学毛细管现象、科努瓦诺夫效应和声流对积垢生成也有直接的防除效应。 五、超声波防垢的应用 功率超声是利用振动形式的能量使物质的一些物理，化学和生物特征状态发生改变或者使这种改变过程加快的一门技术目前，与传统清垢方法有着本质区别的超声波防垢，因具有在线连续工作!自动化程度高!工作性能可靠!无环境污染!运行费用低等特点，已大量应用在防止和清除水质结垢的管线中，另外在流体物料结垢的管线中也取得了成功的应用，有的甚至还应用在流体物料温度高达360e的条件下。 （一）防止化工厂的冷却器水质结垢 梁成浩对水处理系统施加20的超声波，研究了其对阻垢的作用结果表明，超声处理具有明显的阻垢功效，阻垢率可达85%以上，适宜的超声处理时间为间隔10，开启3李淑琴等研究了超声技术在工业除水垢方面的作用，发现加超声比不加超声其除垢效果约提高2~8倍2000年北京燕山石化化工一厂高压装置大检修期间，在一线最重要的冷却器214!215上水总管线加装了2台24210型超声波防垢器，使用后不仅减少了走水管道内壁的水垢，而且一线的单位产量还有所提高利用超声技术对冷换装置进行技术改造，体现在清垢周期的延长!结垢的沉积量减少!值的提高!清垢费用的降低以及设备利用率的提高。 （二）采油过程中防垢在石油开采中，随着温度!压力的下降，溶解在地层水中的各种矿物盐类将沉积在井底设备泵内及管线内，这就是油田上常见的结垢现象结垢将影响油井产量，严重的甚至堵塞管道，使井底泵卡死不能泵油，超声波防垢的效果很明显，前苏联下瓦尔托夫油气联合局曾经进行了机械式超声波的防垢试验，将检泵周期由平均64延长到170~250。 （三）处理生物垢 生物垢是指微生物在固体壁面上生长繁殖所形成的一层生物膜循环冷却水系统中的生物垢是各类工业过程中的一个严重问题，生物垢通常是用化学方法进行控制，最普通的是用氯气，但近些年来随着人类对环境问题的日益重视，对环境有害的化学品(如:氯气)使用越来越受到限制为控制生物垢的生