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第10章 油田水的防垢和除垢技术
10.1结垢机理及影响因素 1
10.1.1碳酸钙 2
10.1.2碳酸镁 6
10.1.3硫酸钙 6
10.1.4硫酸钡 7
10.1.5铁沉积物 7
10.1.6硅沉积物 8
10.2油田防垢技术的应用 8
10.2.1控制pH值 8
10.2.2去除溶解气体 9
10.2.3防止不相容的水混合 9
10.2.4采用防垢剂进行防垢 9
10.3油田常用的防垢剂及作用机理 9
10.3.1油田常用的防垢剂 9
10.3.2化学防垢机理 14
10.4油田化学除垢 15
10.4.1水溶性水垢 15
10.4.2酸溶性水垢 15
10.4.3不溶于酸的水垢 15
10.4.4新型除垢剂 16
参考文献 17
油田进入含水期开发后,由于水的热力学不稳定性和化学不相容性,往往造成油井井筒、地面系统及注水底层的结垢问题,给生产带来极大的危害。由于结垢等影响,造成油井产液量下降,管线及加热炉堵塞,同时结垢也增加了油井的起下作业,严重者造成油井停产或报废,造成经济损失。长庆的马岭、安塞等油田,不少井存在结垢问题,极个别井的修井周期仅一个月或十天左右,有的井套损后,结垢严重,隔水采油封隔器座封困难,有的井因结垢堵死,抽油杆拉断,油井被迫关井。注水地层结垢,则可阻塞油层,使采油指数下降,从而影响油田的开发效果与经济效益。
10.1结垢机理及影响因素
结垢是油田水水质控制中遇到的最严重问题之一。结垢可以发生在地层和井筒的各个部位,有些井和油层由于结垢在井筒炮眼的生产层内沉积而过早地废弃;结垢也可以发生在砾石填充层、井下泵、油管管柱、油嘴及储油设备、集输管线和注水及排污管线等设备及水处理系统的任何部位。结垢会给生产带来严重危害;因为水垢是热的不良导体。水垢的形成大大降低了传热效果;水垢的沉积会引起设备和管道的局部腐蚀,在短期内穿孔而破坏;水垢还会降低水流截面积,增大了水流阻力和输送能量,增加了清洗费用和停产检修时间。
油田水常见的水垢及影响因素见表 10-1
表 10-1油田水常见的水垢及影响因素
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 BaSO4
SrSO4 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
FeCO3
FeS
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Fe2O3 腐蚀、溶解气体、pH值 油田水常见的水垢类型有:
10.1.1碳酸钙
10.1.1.1碳酸钙结垢机理
碳酸钙垢[CaCO3]是由于钙离子与碳酸根或碳酸氢根结合而生成的,反应如下:
Ca2++CO32- =CaCO3↓
Ca2++2HCO-=CaCO3↓+CO2↑+H2O
碳酸盐垢是油田生产过程中最为常见的一种沉积物。常温下,碳酸钙溶度积为4.8×10-9,在25℃,溶解度0.053g/L。在油田地面集输系统,由于温度升高,压力降低,CO2释放,使CaCO3沉淀的可能性增加;而在油井生产过程中,当流体从高压地层流向压力较低的井筒时,CO2分压下降,水组分改变,就成为CaCO3溶解度下降并析出沉淀的主要原因之一。
10.1.1.2碳酸钙结垢倾向性预测公式
碳酸钙垢的预测技术经历了较长的发展时期。1936年,Langelier就提出水的稳定性指标,以确定CaCO3是否可以从水中沉淀出来,该指标是针对城市工业用水的。后来,Davis和Stiff将这一指标应用到油田,即饱和指标法。该方法主要考虑了系统中的热力学条件。
饱和指数等于水的实际pH值与在该条件下(温度、碱度、硬度和总溶解固体相同)被碳酸钙饱和的pH值(以pHs表示之)之差:
SI=pH-pHs (10-1)
碳酸钙在水中建立溶解平衡后
CaCO3(S)+H+Ca2++ HCO-
其平衡常数K为:
(10-2)
将上式取负对数,平衡时的pH值(即pHS)可用下式表示:
pHs= p[Ca2+]+ p[HCO3-]-pK (10-3)
又pK等于pK2和pKSP之差(K 2为HCO3-)的电离常数,KSP为碳酸钙的溶度积),K也可又离子强度与水温的关系表中查得(表10.2)
因此:
SI=pH-K-p[Ca2+]-p[HCO3-] (10-4)
式中:SI——结垢指数;
pH——系统中实际pH值;
pHS——系统中的碳酸钙达饱和时的pH值;
K——常数,为
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