第10章 油田水防垢技术
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
S↑垢 ↓(S<15 00000pp m)
含盐量 S 系统压力 P pH
S↑垢↓ P由高变低 垢↑ pH↑垢↑
S↑垢↓
硫酸盐成垢基本与系统压力无关 pH对垢影响不大
10.3 油田污水结垢倾向的判断
• 结垢趋势预测的基础是溶度积理论。
• 溶度积理论仅考虑了成垢离子浓度、温度 对结垢的影响，没有考虑溶液中其它离子 的影响(盐效应)。因此，直接用溶度积来 判断结垢趋势，对工业用水偏差较大。 • 实际工作中是通过测定水中各项离子浓度 (Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Ba2+等等)、pH 值、水温等参数，用相应的数学模型或公 式计算，再进行判断。
SrSO4垢的预测－基于溶度积理论
因SrSO4垢不受矿化度的影响，采用浓 度积与溶度积的值来进行比较。 计算浓度积Q=[Sr2+][SO42-]，再与溶度 积比较。 判断：
Fra Baidu bibliotek
Q> Ksp 有结垢趋势
Q< Ksp 无结垢趋势
Q= Ksp 临界状态
10.4 控制油田污水结垢的方法
• 控制pH值
降低水的pH值会增加铁化合物和碳酸盐垢的溶解度，
水垢一般都是具有反常溶解度的难溶或 微溶盐类，具有固定晶格，单质水垢较坚
硬致密。
常见水垢：碳酸钙、硫酸钙(石膏或硬石 膏)、硫酸钡、硫酸锶，镁盐，氧化铁等。 水垢的生成主要决定于盐类是否过饱和 以及盐类结晶的生长过程。
10.1.2 影响油田油井及地面处理设备结垢的因素
一个重要的因素是油田污水成分及类型。
10.1.1 结垢概述 结垢是油田污水水质控制中遇到的最严 重问题之一 。 结垢发生部位（管线、井筒、地层） 结垢的危害：
水垢是热的不良导体，水垢的形成大大降低传热 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； 水垢降低水流截面积，增加水流阻力和输送能量， 增加清洗费用和停产检修时间。
测值，一个是计算值。
• A 饱和指数法（Stiff-Davis法）
先计算饱和指数SI，然后进行判断。
SI＝pH0－pHs
pHs=K+pCa－pALK
K－由水温和水中离子强度决定的修正值； pCa－溶液中Ca2+浓度的负对数， pCa＝－lg[Ca2+]； pALK－溶液中总碱度的负对数， pALK＝－lg(2[CO32-]+[HCO3-])。
10.2.1 油田污水中常见的几种水垢
• 碳酸钙
CaCO3是一种重要的成垢物质，它在水中的溶解 度是很低的，因此在油田污水中，十分重要的溶 解和沉淀问题就是CaCO3的溶解平衡。
• 碳酸镁
MgCO3是另一种形成水垢的物质， MgCO3在水 中的溶解性能和CaCO3相似。
10.2.1 油田污水中常见的几种水垢
沉降作用
水中微生物的生长和繁殖将会加速结晶和沉
降作用。
腐蚀会使金属表面变得很粗糙，粗糙的表面
将会催化结晶和沉降作用。
较高的温度则往往会使某些已经沉积的污垢
形态变得难于清除。
当水中含有油污或烃类有机物时，有机物的
分解，氧化或聚合作用形成的产物往往具有
粘结作用。
10.2 油田污水常见水垢类型及影响因素
• 碳酸钙结垢倾向判断
CaCO3成垢与pH值有关。 CaCO3垢的预测就是把水的实际pH值与该水被 CaCO3饱和时的pH值比较后判断。 水的实际pH值可以直接测得pH0，被CaCO3饱和的 pH值，通过计算得到pHs，也可以通过实验测得 pHc。
pHs和pHc实际上均为临界pH值，其区别是一个实
S 1000 [ X K X]
2
S－CaSO4溶解度的计算值，mol/L；
X－Ca2+与SO42-的浓度差值，mol/L；
K－由水温和水中离子强度决定的修正值。
判断：将计算的S值与水中CaSO4的实际含量 C(mmol/L)比较（C即[Ca2+][SO42-]中的小者） S<C 有结垢趋势 S>C 无结垢趋势 S=C 临界状态
水中含铁量高往往是由于腐蚀造成的，任何一种原 因形成的铁化合物，都可能在金属表面沉积形成垢， 或以胶体状态悬浮在水中。 含有氧化铁(Fe2O3)胶体的水具有红色，称为“红水” 铁化合物的沉积和颗粒极易堵塞地层、油井和过滤器。 含有硫化氢的油田污水通常会使钢铁发生腐蚀，形 成溶解度极小的硫化铁。
含有硫化亚铁（FeS)胶体的水具有黑色，称为“黑水”
当油田污水中含有高浓度的碳酸盐、硫酸盐、 氯化物和钡盐时，油田污水就有了形成碳酸钙、 硫酸钙和硫酸钡水垢的基本化学条件，只要环境 条件发生变化，打破了原来油层水中溶解物质的 平衡状态，就有可能形成水垢。 eg.1 含有高浓度碳酸氢钙的油田污水，在压力 降低和温度升高时，碳酸氢钙会分解成二氧化碳 和析出碳酸钙。
10.1.2 影响油田油井及地面处理设备结垢的因素 在油井开采过程中，压力逐渐降低，油田污水中的
Ca(HCO3)2就会不断被分解。
如果是在密闭系统，CO2不易扩散逸出， Ca(HCO3)2
在水中仍然处于稳定状态，一般不会产生CaCO3垢，但
在油井中的抽油泵，由于抽吸作用造成脱气现象，因此 在油井的泵筒内会发现CaCO3垢。 从油井中采出的液体首先到转油站加温，由于CO2很 快逸散，换热器上也会产生严重的CaCO3垢。
所谓熟成竞争成长是大小不同的颗粒间相互生长的竞争。
由于小颗粒的比表面大，能量高，相对地比大颗粒更易溶 解，换句话说，一种小颗粒是未饱和的溶液，对较大的颗粒来 说则已是饱和溶液了。 在竞相生长过程中较大颗粒的成长是通过牺牲小颗粒来实 现的。
一般而言当粒子直径大于10微米后，其溶解度实际上就恒 定了。
• 结晶作用
• B 稳定指数法（Ryzner法）
IR= 2pHs－pH0
IR<6 结垢倾向增加，腐蚀倾向降低 IR>7 腐蚀倾向增加，结垢倾向降低
IR＝6～7 水质基本稳定
• CaSO4结垢现象判断
斯克尔曼(Skillman)等人以热力学溶解度测定为 基础，提出了预测油田污水中石膏溶解度的计算方 法，该法有充分的理论依据。
研究微溶盐类的结晶过程表明，在没有杂 质的单一盐类和碳酸钙或硫酸钙的过饱和溶 液中，可以达到很高的过饱和程度而没有结 晶析出。 一旦结晶析出，形成晶体的晶格很规则， 排列整齐，晶体间的内聚力以及晶体与金属 表面间的粘着力都很强，所以形成的垢层比 较结实而且是连续增长的。
• 结晶作用
例如碳酸钙是具有离子晶格的盐，Ca2+上带有部 分正电荷；CO32-上带有部分负电荷，只有当碳酸钙 晶体带有部分正电荷的Ca2+和另一个碳酸钙晶体带 有部分负电荷的CO32-碰撞，才能彼此结合，因此碳 酸钙垢是按一定的方向，具有严格次序排列的硬垢。 在油田污水中，水垢的形成过程往往是一个混合 结晶过程。水中的悬浮粒子可以成为晶种，粗糙的 表面或其它杂质离子都能强烈地催化结晶过程，使 得溶液在较低的过饱和度下就会析出结晶。悬浮粒 子和析出的晶体共同沉淀，使晶格中含有一定数量 的杂质。
BaSO4垢的预测－基于结垢量
(m a ) (m a ) 2 4ma 4 Ksp B 2
B－水质稳定后水中BaSO4的结垢量，mol/L； m－实际水中的Ba2+浓度，mol/L； a－实际水中的SO42-的浓度，mol/L； Ksp－BaSO4的溶度积。 判断： B>0 有结垢趋势, B值越大，结垢量越多； B<0 无结垢趋势
沉降作用
杂质的粘结作用或水垢析出时的共同沉淀 作用都会增加粒子的沉降力而使粒子加速沉积。
在水的流动部位，被沉积的污泥和析出的 结晶叠加在一起形成的垢层一般不会连续增长。 在水的滞流区，由于剪应力很小甚至接近 于零，水垢和污泥则主要在这些区域积聚，在 滞流区积聚的水垢和污泥仅依靠化学药剂是很 难去除的。
• 油田污水的沉积物除了水垢外，还有有机 物质(油、细菌，有机残渣)、淤泥及粘土 (砂子、泥浆)等形成的污泥。 • 污泥是表面具有滑腻感的粘胶状物体，往 往是亲水性的，它们能形成体积庞大的湿 而软的片状物。污泥中含有各种无机盐类
和微生物。
给水管道等部位出于铁细菌繁殖使污泥中包 含有腐蚀产物氢氧化铁而呈棕红色； 有些设备的滞流区由于污泥中含有分解的有 机物或硫化物而呈黑色。
• 硫酸钙
CaSO4或石膏是油田污水另一种常见的固体沉 淀物。
• 硫酸钡
BaSO4是油田污水中最难溶解的一种物质。
• 硫酸锶
SrSO4是油田污水中最难处理的一种物质。
• 铁沉积物
油田污水中铁化合物来自两个方面，水中溶解的铁 离子和钢铁的腐蚀产物。油田污水的腐蚀通常是由溶 解的二氧化碳、硫化氢和氧引起的。溶解气体与地层 水中溶解的铁离子反应也能生成铁化合物。
• 硅沉积物
天然水中都含有一定量的硅酸化合物，它往往是 由于含有硅酸盐和铝硅酸盐的岩石和水相接触后溶 解而成的。
地下水的硅酸化合物含量一般要高于地面水中的 含量。二氧化硅不能直接溶解于水，水中二氧化硅 的主要来源是溶解的硅酸盐。 水中二氧化硅存在的形式有悬浮硅、胶体硅、活 性硅、溶解硅酸盐和聚硅酸盐等。 硅的氧化物在水中的形态很多，其通式为
xSiO2· y H2O。
10.2.2 成垢反应
• Ca2++2 HCO3-→CaCO3↓+ CO2↑+ H2O • Ca2++ CO32-→CaCO3↓ Ksp=4.9×10-9 Ksp=6.1×10-5
• CaSO4的成垢反应为：
• Ca2++SO42-→CaSO4 ↓
• BaSO4的成垢反应为：
第10章
油田污水防垢技术
Scale Control Technique for Wastewater in Oilfield
本章主要内容
☆ 油田污水结垢原理 ☆ 油田污水中的垢种类 ☆ 结垢趋势的预测方法
☆ 油田污水防止结垢的方法
☆ 阻垢剂的类型及其阻垢机理
☆ 物理清防垢技术
10.1 油田污水的结垢原理
pH值对硫酸盐垢溶解度的影响很小。
过低的pH值会使水的腐蚀性增大而出现腐蚀问题。
控制pH值来防止油田污水结垢的方法，必须做到精
确控制pH值，否则会引起油田污水严重腐蚀和结垢。
• SI>0，有结垢趋势 pH0>pHs，则水中的CaCO3处 于过饱和状态，当水在管道或岩石缝隙中流过时， 就有可能沉积出碳酸钙垢，减小或堵塞了水流的通 道，这种水称为结垢型水。
• SI<0，无结垢趋势 pH0<pHs，则这种水中的 CaCO3处于未饱和状态，就有继续溶解CaCO3的能 力。这种水遇到混凝土管道或构筑物时有侵蚀作用， 遇到金属管道就会溶解管壁上的CaCO3保护膜而导 致腐蚀, 这种水称为腐蚀型水。 • SI＝0 临界状态 这种水处于CaCO3的饱和(平衡)状 态，即没有腐蚀性也没有结垢性，称为水质稳定。
• 结晶作用
油田污水中往往有几种盐类同时结晶， 形成的晶体群的晶格排列将是无规则和不整 齐的，在晶格中间会出现很多空隙，悬浮物 质会在空隙内沉积。 这些因素都将导致垢层内聚力下降，混 合结晶形成的垢层比较疏松，对水的流速变 化和阻垢处理都比较敏感，垢层达到一定厚 度就不再继续增长。
沉降作用
水中悬浮的粒子，如铁锈、砂土、粘土、 泥渣等将同时受到沉降力和切力的作用。 沉降力促使粒子下沉，沉降力包括粒子本 身的重力、表面对粒子的吸力和范德华力， 以及因表面粗糙等引起的物理作用力等。 剪应力也称为切力，是水流使粒子脱离表 面的力。如果沉降力大，则粒子容易沉积； 如果剪应力大于水垢和污泥本身的结合强度， 则粒子被分散在水中。
• Ba2++SO42-→BaSO4 ↓ Ksp=1.1×10-10
• SrSO4的成垢反应为：
• Sr2++ SO42-→SrSO4↓ Ksp=2.8×10-7
10.2.3 外因与结垢量变化的关系
外因
盐垢
CaCO3 T↑垢↑ CaSO4 BaSO4 T↑垢↓ SrSO4 T↑垢↓
温度 T
T↑垢↑ （38℃ 以上）
微生物的新陈代谢使微生物粘泥具有一层粘 液外壳，悬浮在水中的泥沙、有机物和腐蚀产 物都可能被粘附在粘泥表面，从而增加了污泥 的沉积。 很多微生物在高温条件下会死亡，但是它们 的残骸仍然会粘附在金属表面而形成污泥沉积。
10.1.3 水垢和污泥的形成过程和机理
结晶和沉降是形成水垢和污泥的主要过程。
过饱和浓度→晶核形成→晶格生长→较大的颗粒又 可进一步聚集，最后发生称之为奥斯特华的熟成竞 争成长过程。
含盐量 S 系统压力 P pH
S↑垢↓ P由高变低 垢↑ pH↑垢↑
S↑垢↓
硫酸盐成垢基本与系统压力无关 pH对垢影响不大
10.3 油田污水结垢倾向的判断
• 结垢趋势预测的基础是溶度积理论。
• 溶度积理论仅考虑了成垢离子浓度、温度 对结垢的影响，没有考虑溶液中其它离子 的影响(盐效应)。因此，直接用溶度积来 判断结垢趋势，对工业用水偏差较大。 • 实际工作中是通过测定水中各项离子浓度 (Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Ba2+等等)、pH 值、水温等参数，用相应的数学模型或公 式计算，再进行判断。
SrSO4垢的预测－基于溶度积理论
因SrSO4垢不受矿化度的影响，采用浓 度积与溶度积的值来进行比较。 计算浓度积Q=[Sr2+][SO42-]，再与溶度 积比较。 判断：
Fra Baidu bibliotek
Q> Ksp 有结垢趋势
Q< Ksp 无结垢趋势
Q= Ksp 临界状态
10.4 控制油田污水结垢的方法
• 控制pH值
降低水的pH值会增加铁化合物和碳酸盐垢的溶解度，
水垢一般都是具有反常溶解度的难溶或 微溶盐类，具有固定晶格，单质水垢较坚
硬致密。
常见水垢：碳酸钙、硫酸钙(石膏或硬石 膏)、硫酸钡、硫酸锶，镁盐，氧化铁等。 水垢的生成主要决定于盐类是否过饱和 以及盐类结晶的生长过程。
10.1.2 影响油田油井及地面处理设备结垢的因素
一个重要的因素是油田污水成分及类型。
10.1.1 结垢概述 结垢是油田污水水质控制中遇到的最严 重问题之一 。 结垢发生部位（管线、井筒、地层） 结垢的危害：
水垢是热的不良导体，水垢的形成大大降低传热 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； 水垢降低水流截面积，增加水流阻力和输送能量， 增加清洗费用和停产检修时间。
测值，一个是计算值。
• A 饱和指数法（Stiff-Davis法）
先计算饱和指数SI，然后进行判断。
SI＝pH0－pHs
pHs=K+pCa－pALK
K－由水温和水中离子强度决定的修正值； pCa－溶液中Ca2+浓度的负对数， pCa＝－lg[Ca2+]； pALK－溶液中总碱度的负对数， pALK＝－lg(2[CO32-]+[HCO3-])。
10.2.1 油田污水中常见的几种水垢
• 碳酸钙
CaCO3是一种重要的成垢物质，它在水中的溶解 度是很低的，因此在油田污水中，十分重要的溶 解和沉淀问题就是CaCO3的溶解平衡。
• 碳酸镁
MgCO3是另一种形成水垢的物质， MgCO3在水 中的溶解性能和CaCO3相似。
10.2.1 油田污水中常见的几种水垢
沉降作用
水中微生物的生长和繁殖将会加速结晶和沉
降作用。
腐蚀会使金属表面变得很粗糙，粗糙的表面
将会催化结晶和沉降作用。
较高的温度则往往会使某些已经沉积的污垢
形态变得难于清除。
当水中含有油污或烃类有机物时，有机物的
分解，氧化或聚合作用形成的产物往往具有
粘结作用。
10.2 油田污水常见水垢类型及影响因素
• 碳酸钙结垢倾向判断
CaCO3成垢与pH值有关。 CaCO3垢的预测就是把水的实际pH值与该水被 CaCO3饱和时的pH值比较后判断。 水的实际pH值可以直接测得pH0，被CaCO3饱和的 pH值，通过计算得到pHs，也可以通过实验测得 pHc。
pHs和pHc实际上均为临界pH值，其区别是一个实
S 1000 [ X K X]
2
S－CaSO4溶解度的计算值，mol/L；
X－Ca2+与SO42-的浓度差值，mol/L；
K－由水温和水中离子强度决定的修正值。
判断：将计算的S值与水中CaSO4的实际含量 C(mmol/L)比较（C即[Ca2+][SO42-]中的小者） S<C 有结垢趋势 S>C 无结垢趋势 S=C 临界状态
水中含铁量高往往是由于腐蚀造成的，任何一种原 因形成的铁化合物，都可能在金属表面沉积形成垢， 或以胶体状态悬浮在水中。 含有氧化铁(Fe2O3)胶体的水具有红色，称为“红水” 铁化合物的沉积和颗粒极易堵塞地层、油井和过滤器。 含有硫化氢的油田污水通常会使钢铁发生腐蚀，形 成溶解度极小的硫化铁。
含有硫化亚铁（FeS)胶体的水具有黑色，称为“黑水”
当油田污水中含有高浓度的碳酸盐、硫酸盐、 氯化物和钡盐时，油田污水就有了形成碳酸钙、 硫酸钙和硫酸钡水垢的基本化学条件，只要环境 条件发生变化，打破了原来油层水中溶解物质的 平衡状态，就有可能形成水垢。 eg.1 含有高浓度碳酸氢钙的油田污水，在压力 降低和温度升高时，碳酸氢钙会分解成二氧化碳 和析出碳酸钙。
10.1.2 影响油田油井及地面处理设备结垢的因素 在油井开采过程中，压力逐渐降低，油田污水中的
Ca(HCO3)2就会不断被分解。
如果是在密闭系统，CO2不易扩散逸出， Ca(HCO3)2
在水中仍然处于稳定状态，一般不会产生CaCO3垢，但
在油井中的抽油泵，由于抽吸作用造成脱气现象，因此 在油井的泵筒内会发现CaCO3垢。 从油井中采出的液体首先到转油站加温，由于CO2很 快逸散，换热器上也会产生严重的CaCO3垢。
所谓熟成竞争成长是大小不同的颗粒间相互生长的竞争。
由于小颗粒的比表面大，能量高，相对地比大颗粒更易溶 解，换句话说，一种小颗粒是未饱和的溶液，对较大的颗粒来 说则已是饱和溶液了。 在竞相生长过程中较大颗粒的成长是通过牺牲小颗粒来实 现的。
一般而言当粒子直径大于10微米后，其溶解度实际上就恒 定了。
• 结晶作用
• B 稳定指数法（Ryzner法）
IR= 2pHs－pH0
IR<6 结垢倾向增加，腐蚀倾向降低 IR>7 腐蚀倾向增加，结垢倾向降低
IR＝6～7 水质基本稳定
• CaSO4结垢现象判断
斯克尔曼(Skillman)等人以热力学溶解度测定为 基础，提出了预测油田污水中石膏溶解度的计算方 法，该法有充分的理论依据。
研究微溶盐类的结晶过程表明，在没有杂 质的单一盐类和碳酸钙或硫酸钙的过饱和溶 液中，可以达到很高的过饱和程度而没有结 晶析出。 一旦结晶析出，形成晶体的晶格很规则， 排列整齐，晶体间的内聚力以及晶体与金属 表面间的粘着力都很强，所以形成的垢层比 较结实而且是连续增长的。
• 结晶作用
例如碳酸钙是具有离子晶格的盐，Ca2+上带有部 分正电荷；CO32-上带有部分负电荷，只有当碳酸钙 晶体带有部分正电荷的Ca2+和另一个碳酸钙晶体带 有部分负电荷的CO32-碰撞，才能彼此结合，因此碳 酸钙垢是按一定的方向，具有严格次序排列的硬垢。 在油田污水中，水垢的形成过程往往是一个混合 结晶过程。水中的悬浮粒子可以成为晶种，粗糙的 表面或其它杂质离子都能强烈地催化结晶过程，使 得溶液在较低的过饱和度下就会析出结晶。悬浮粒 子和析出的晶体共同沉淀，使晶格中含有一定数量 的杂质。
BaSO4垢的预测－基于结垢量
(m a ) (m a ) 2 4ma 4 Ksp B 2
B－水质稳定后水中BaSO4的结垢量，mol/L； m－实际水中的Ba2+浓度，mol/L； a－实际水中的SO42-的浓度，mol/L； Ksp－BaSO4的溶度积。 判断： B>0 有结垢趋势, B值越大，结垢量越多； B<0 无结垢趋势
沉降作用
杂质的粘结作用或水垢析出时的共同沉淀 作用都会增加粒子的沉降力而使粒子加速沉积。
在水的流动部位，被沉积的污泥和析出的 结晶叠加在一起形成的垢层一般不会连续增长。 在水的滞流区，由于剪应力很小甚至接近 于零，水垢和污泥则主要在这些区域积聚，在 滞流区积聚的水垢和污泥仅依靠化学药剂是很 难去除的。
• 油田污水的沉积物除了水垢外，还有有机 物质(油、细菌，有机残渣)、淤泥及粘土 (砂子、泥浆)等形成的污泥。 • 污泥是表面具有滑腻感的粘胶状物体，往 往是亲水性的，它们能形成体积庞大的湿 而软的片状物。污泥中含有各种无机盐类
和微生物。
给水管道等部位出于铁细菌繁殖使污泥中包 含有腐蚀产物氢氧化铁而呈棕红色； 有些设备的滞流区由于污泥中含有分解的有 机物或硫化物而呈黑色。
• 硫酸钙
CaSO4或石膏是油田污水另一种常见的固体沉 淀物。
• 硫酸钡
BaSO4是油田污水中最难溶解的一种物质。
• 硫酸锶
SrSO4是油田污水中最难处理的一种物质。
• 铁沉积物
油田污水中铁化合物来自两个方面，水中溶解的铁 离子和钢铁的腐蚀产物。油田污水的腐蚀通常是由溶 解的二氧化碳、硫化氢和氧引起的。溶解气体与地层 水中溶解的铁离子反应也能生成铁化合物。
• 硅沉积物
天然水中都含有一定量的硅酸化合物，它往往是 由于含有硅酸盐和铝硅酸盐的岩石和水相接触后溶 解而成的。
地下水的硅酸化合物含量一般要高于地面水中的 含量。二氧化硅不能直接溶解于水，水中二氧化硅 的主要来源是溶解的硅酸盐。 水中二氧化硅存在的形式有悬浮硅、胶体硅、活 性硅、溶解硅酸盐和聚硅酸盐等。 硅的氧化物在水中的形态很多，其通式为
xSiO2· y H2O。
10.2.2 成垢反应
• Ca2++2 HCO3-→CaCO3↓+ CO2↑+ H2O • Ca2++ CO32-→CaCO3↓ Ksp=4.9×10-9 Ksp=6.1×10-5
• CaSO4的成垢反应为：
• Ca2++SO42-→CaSO4 ↓
• BaSO4的成垢反应为：
第10章
油田污水防垢技术
Scale Control Technique for Wastewater in Oilfield
本章主要内容
☆ 油田污水结垢原理 ☆ 油田污水中的垢种类 ☆ 结垢趋势的预测方法
☆ 油田污水防止结垢的方法
☆ 阻垢剂的类型及其阻垢机理
☆ 物理清防垢技术
10.1 油田污水的结垢原理
pH值对硫酸盐垢溶解度的影响很小。
过低的pH值会使水的腐蚀性增大而出现腐蚀问题。
控制pH值来防止油田污水结垢的方法，必须做到精
确控制pH值，否则会引起油田污水严重腐蚀和结垢。
• SI>0，有结垢趋势 pH0>pHs，则水中的CaCO3处 于过饱和状态，当水在管道或岩石缝隙中流过时， 就有可能沉积出碳酸钙垢，减小或堵塞了水流的通 道，这种水称为结垢型水。
• SI<0，无结垢趋势 pH0<pHs，则这种水中的 CaCO3处于未饱和状态，就有继续溶解CaCO3的能 力。这种水遇到混凝土管道或构筑物时有侵蚀作用， 遇到金属管道就会溶解管壁上的CaCO3保护膜而导 致腐蚀, 这种水称为腐蚀型水。 • SI＝0 临界状态 这种水处于CaCO3的饱和(平衡)状 态，即没有腐蚀性也没有结垢性，称为水质稳定。
• 结晶作用
油田污水中往往有几种盐类同时结晶， 形成的晶体群的晶格排列将是无规则和不整 齐的，在晶格中间会出现很多空隙，悬浮物 质会在空隙内沉积。 这些因素都将导致垢层内聚力下降，混 合结晶形成的垢层比较疏松，对水的流速变 化和阻垢处理都比较敏感，垢层达到一定厚 度就不再继续增长。
沉降作用
水中悬浮的粒子，如铁锈、砂土、粘土、 泥渣等将同时受到沉降力和切力的作用。 沉降力促使粒子下沉，沉降力包括粒子本 身的重力、表面对粒子的吸力和范德华力， 以及因表面粗糙等引起的物理作用力等。 剪应力也称为切力，是水流使粒子脱离表 面的力。如果沉降力大，则粒子容易沉积； 如果剪应力大于水垢和污泥本身的结合强度， 则粒子被分散在水中。
• Ba2++SO42-→BaSO4 ↓ Ksp=1.1×10-10
• SrSO4的成垢反应为：
• Sr2++ SO42-→SrSO4↓ Ksp=2.8×10-7
10.2.3 外因与结垢量变化的关系
外因
盐垢
CaCO3 T↑垢↑ CaSO4 BaSO4 T↑垢↓ SrSO4 T↑垢↓
温度 T
T↑垢↑ （38℃ 以上）
微生物的新陈代谢使微生物粘泥具有一层粘 液外壳，悬浮在水中的泥沙、有机物和腐蚀产 物都可能被粘附在粘泥表面，从而增加了污泥 的沉积。 很多微生物在高温条件下会死亡，但是它们 的残骸仍然会粘附在金属表面而形成污泥沉积。
10.1.3 水垢和污泥的形成过程和机理
结晶和沉降是形成水垢和污泥的主要过程。
过饱和浓度→晶核形成→晶格生长→较大的颗粒又 可进一步聚集，最后发生称之为奥斯特华的熟成竞 争成长过程。