油田常見防垢技術簡介教程文件

油田常見(chánɡjiàn)防垢技術簡介第一頁，共20頁。目錄一、結垢(jiéɡòu)概述二、結垢(jiéɡòu)機理三、常見防垢技術四、防垢劑五、防垢器第二頁，共20頁。結垢：是硬水中溶解的鈣、鎂碳酸氫鹽等受熱分解，析出沉淀物，漸漸積累附著在容器、管道(guǎndào)上。在油田開采中會混雜一些腐蝕產物、油膩垢、泥沙等雜質。結垢第三頁，共20頁。結垢結垢(jiéɡòu)的類型水垢(shuǐɡòu)油泥垢(nígòu)腐蝕垢難溶或微溶鹽類，具有固定的晶格，單純的水垢較堅硬致密。常見的有：碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇、鎂鹽等。腐蝕產物，包括碳酸鐵、硫化亞鐵、以及羥基氧化鐵等。水源中的懸浮物、油以及細菌粘粘沉積在管壁上引起的。第四頁，共20頁。無機(wújī)垢的類型結垢名稱分子式結垢(jiéɡòu)的主要原因碳酸鈣（碳酸鹽）硫酸鈣（石膏(shígāo)）半水合物無水石膏(shígāo)CaCO3CaSO42H2OCaSO41/2H2OCaSO4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FeCO3

FeS

Fe（OH）2

Fe（OH）3

Fe2O3FeCO3SrSO4二氧化碳的分壓、溫度、總溶鹽量溫度、總溶鹽量、壓力溫度總溶鹽量腐蝕、溶解氣體、PH第五頁，共20頁。結垢(jiéɡòu)的機理（1）不配伍混合結垢不配伍的注入水和地層水混合可引起結垢。在二次采油和提高采收率注水作業(yè)過程中經常將處理后的油田采出水或海水回注到儲層中，當回注水水質與地層水水質不相容時，就會發(fā)生結垢。海水一般富含硫酸根離子，而地層水含鈣離子和鋇離子，因此當海水與地層水混合是會產生硫酸鈣和硫酸鋇等垢。（2）自動結垢油藏內水與油共存，各種采油工藝的實施不可避免地導致平衡狀態(tài)的改變。如果這些變化使流體組分超過某種礦物質溶解度的極限，則會形成結垢沉積。硫酸鹽和碳酸鹽結垢會因井筒內壓力、溫度的變化或由于井下流動受阻而沉積，高礦化度鹽水的溫度較大幅度下降會形成氯化物。另外，含油酸氣的采處流體形成碳酸鹽結垢沉積時，開采過程中壓力下降會使流體脫氣，從而提高PH值，使結垢加劇。油氣(yóuqì)生產過程中常見的結垢機理第六頁，共20頁。結垢(jiéɡòu)的機理沉降作用：沉降力包括：粒子本身重力、表面對粒子的吸引力和范德華力以及表面粗糙等引起的物理作用力。切力也稱剪應力，是水流使粒子脫離(tuōlí)表面的力。沉降力<切力，粒子被分散在水中，沉降力>切力，粒子容易沉積第七頁，共20頁。結垢(jiéɡòu)的機理（3）蒸發(fā)引起的結垢結垢還與采油生產過程中同時產出的烴類氣體和地層鹽水有關。隨著生產管柱中靜水壓力的減小，烴類氣體的體積增大，溫度較高的鹽水發(fā)生蒸發(fā)，從而使剩余水中溶解離子的濃度超過礦物質的溶解度而引起結垢，這是高溫高壓井中形成鹵化物結垢的常見原因。（4）氣驅和化學驅引起的結垢利用二氧化碳驅進行二次采油可能引起垢沉積。因為含有二氧化碳的水會變?yōu)樗嵝?，并溶解地層中的方解石（碳酸鈣）。當生產井周圍的地層壓力下降時，二氧化碳會脫離溶解，于是碳酸鈣會在射孔孔眼和近井眼的地層孔隙中沉積，而近井眼環(huán)境產生結垢，將使壓力進一步降低，從而形成更多沉淀。在化學驅中注入地層的化學藥劑也可能引起水垢沉積，堿驅中注入堿液與巖石作用會使PH值、離子組成及溫度和壓力改變，可引起碳酸鹽、硅酸鹽和氫氧化物沉淀。油氣生產(shēngchǎn)過程中常見的結垢機理第八頁，共20頁。常見(chánɡjiàn)防垢技術化學防垢物理(wùlǐ)防垢改善工藝生產(shēngchǎn)條件，防止垢的形成：優(yōu)化設計油田生產(shēngchǎn)工藝技術措施，將油井產物油氣水進行處理，針對鋇鍶離子含量高的特性，采取最優(yōu)的分離技術，減少與硫酸根離子接觸機會，相應的減少沉淀的形成，達到最佳的防垢效果。第九頁，共20頁。防垢劑防垢劑是一些化學藥品的通稱，把少量的這些化學藥品加入通常能結垢的水中，能起到延緩、減少或抑制結垢的作用。機理:1.當垢開始形成時，首先從水中沉淀出細小的結晶體。就在這個時候，防垢劑附到這些晶體表面上，而使它們保持細小的晶體，并抑制了它們進一步增長，增加其溶解度，這種防垢機理使藥劑具有閾值效應。這點被認為是油田防垢劑作用的主要機理。2.使晶體畸變。3.在某些情況下，防垢劑阻止垢結晶是由于這些防垢劑吸附到管線過容器的內表面上。因此，防垢劑應用必須注意兩點:1.在水中當垢晶剛剛形成時，水中添加的防垢劑必須能夠最有效的阻止垢晶進一步增長。這就說，防垢劑必須投加于產生問題部位的上游。2.防垢劑必須連續(xù)投加于水中，這樣才能防止從水中沉淀的每一垢晶的增長，因此，無論是連續(xù)注入防垢劑，還是間歇性注入，均需要保證系統內連續(xù)含有防垢劑。第十頁，共20頁。防垢器是利用合金材料成分并經特殊處理，形成一種特殊金相結構。這種特殊金相結構可以抑制固相粒子、蠟、垢的形成，能夠改變流體(liútǐ)的靜電位，使流體(liútǐ)產生極化效應，將固相礦物質懸浮在液相中，防止蠟、垢的形成以及對設備的腐蝕。防垢器第十一頁，共20頁。防垢器增加(zēngjiā)水對垢的溶解性水由若干個分子締合而成的較大的水分子，即n稱為締合水分子，n為締合度。締合水分子是極性分子，H2O可以構成一個電偶極子，締合水分子nH2O可以構成n個電偶極子的復合體系。這種水分子團對碳酸鈣(水垢)的溶解度較低，使水垢很容易析出，由于不同條件下水的溫度、硬度、粘度及PH值不同，水結垢的程度也不同。當締合水分子以一定的流速經過金屬試樣時，由于金屬試樣可形成無數個小的原電池，締合水分子均產生極化，使水的偶極分子發(fā)生定向極化，電子云發(fā)生變化，導致締合水分子結構氫鍵發(fā)生變化，拉長、彎曲和局部折裂，部分氫鍵被破壞，使較大的締合水分子集團變成較小的水分子集團，甚至是單個水分子。單個水分子的數量增多，水分子的活動更自由，因而提高了水的活化性和對水垢的溶解度，極微小的水分子可以滲透、包圍、疏松、溶解、去除系統內部的老垢。防垢器作用(zuòyòng)機理第十二頁，共20頁。防垢器極化作用。合金材料中各種元素的電極電位不同而形成電勢差，形成弱電場，水通過合金附近時被極化，結垢和腐蝕性物質離解成陽離子和陰離子，同時鋇離子和鍶離子從合金吸收電子，形成穩(wěn)定的物質狀態(tài)，不再成垢。多元合金中鋅的電極電位最低，它的化學性質活潑，在原電池反應中溶出，被氧化為Zn2+進入水中。Zn2+能夠阻礙鋇垢和鍶垢晶體的形核，并吸附在成垢晶體的表面，取代部分Ba2+和Sr2+，使其發(fā)生晶格畸變，形成一種鋅和鋇、鋅和鍶的不定形晶體，這種不定形晶體是松散的蜂窩狀或松散的片層狀凝在一起，彼此間的粘附力很小，當有外力時就很容易將其分成小顆粒，這就使污垢的去除變得容易。在含有Ca2+和CO32-的水流中，鋅的存在阻礙了方解石的形核，并與CO32-形成了配位化合物，減少了水中CO32-的濃度(nóngdù)。水中Ca2+通過接地獲得電子而變成Ca0，因此Ca2+濃度(nóngdù)會逐漸減少，并逐漸穩(wěn)定。第十三頁，共20頁。防垢器防垢器效果影響(yǐngxiǎng)因素(1)多元合金防垢片孔徑(kǒngjìng)對防垢效果影響46810121416020406080孔徑（mm）阻垢率（%）從圖可以看出，孔徑對合金裝置的防垢效果有較大影響，孔徑對合金裝置的防垢效果有較大影響。當孔徑在(6～8)mm的范圍時，剩余鈣離子濃度(nóngdù)和阻垢率大，防垢效果最佳，隨著孔徑增大，防垢效果變差?？讖皆O計還需要考慮節(jié)流和壓降的問題。第十四頁，共20頁。防垢器防垢器效果影響(yǐngxiǎng)因素(2)多元合金(héjīn)防垢片片間距離對防垢效果影響501001502002503003504004506969.57070.571距離（mm）阻垢率（%）從圖可以看出，防垢裝置尺寸范圍內，當其它條件不變時，隨著片間距離的增加，阻垢率在70%左右，片間距離對流體的流動狀態(tài)(zhuàngtài)影響較小，對合金裝置的防垢效果的影響也較小。第十五頁，共20頁。防垢器防垢器效果影響(yǐngxiǎng)因素從圖可以看出，流速在(30~150)m/h范圍內，隨著流速的增加，流速變化未對流體流動狀態(tài)產生影響，對防垢裝置的防垢效果影響亦較小，阻垢率在(68~71)%之間。但值得注意的是：防垢裝置結構不同(bùtónɡ)，流速將影響流體的流動狀態(tài)，一般認為，流速越大，流體流動時越易出現紊流狀態(tài)。(3)液流速度對防垢效果(xiàoguǒ)影響第十六頁，共20頁。防垢器防垢器效果影響(yǐngxiǎng)因素從圖中可以看出，隨著溫度的增加(zēngjiā)，合金阻垢率呈上下波動趨勢，但變化均較小，阻垢率基本穩(wěn)定在69.68%左右。(4)溫度(wēndù)對防垢效果影響第十七頁，共20頁。防垢器防垢器在油井(yóujǐng)中應用防垢器

油井多元合金防垢器連接在Y接頭以下管柱上