油田常见防垢技术简介

防垢器
防垢器效果影响因素 (3)液流速度对防垢效果影响
从图可以看出，流速在 (30~150)m/h
范围内，随着流速的增加，流速变化未 对流体流动状态产生影响，对防垢装置 的防垢效果影响亦较小，阻垢率在 (68~71)% 之间。但值得注意的是：防垢 装置结构不同，流速将影响流体的流动 状态，一般认为，流速越大，流体流动
时越易出现紊流状态。
防垢器
防垢器效果影响因素
(4)温度对防垢效果影响
从图中可以看出，随着温度的增加，合 金阻垢率呈上下波动趋势，但变化均较 小，阻垢率基本稳定在69.68%左右。
防垢器 防垢器在油井中应用
油井多元合金防垢器连接在Y接头以下管柱 上，产液流经油管进入到油井多元合金防垢 器，在电泵的吸入作用下，产液经内筒上的 长孔进入到内筒与连接套之间的环空，与防 垢芯子充分接触后再通过上接头上的斜孔流 出，进而进入到泵吸入口，泵举升至地面。
水源中的悬浮物 、油以及细菌粘 粘沉积在管壁上 引起的。
腐蚀产物，包括碳酸铁 、硫化亚铁、以及羟基 氧化铁等。
结
名 称 碳酸钙（碳酸盐） 硫酸钙（石膏） 半水合物 无水石膏 硫酸钡 硫酸锶 铁化合物 碳酸亚铁 硫化亚铁 氢氧化亚铁 氢氧化铁 氧化铁 分子式 CaCO3 CaSO4 2H2O CaSO4 1/2H2O CaSO4 FeCO3 SrSO4 FeCO3 FeS Fe（OH）2 Fe（OH）3 Fe2O3
腐蚀性物质离解成阳离子和阴离子，同时钡离子和锶离子从合金吸收电子，形成稳定的物质状态，不再
成垢。 3. 多元合金中锌的电极电位最低，它的化学性质活泼，在原电池反应中溶出，被氧化为Zn2+进入水中 。Zn2+能够阻碍钡垢和锶垢晶体的形核，并吸附在成垢晶体的表面，取代部分Ba2+和Sr2+，使其发生 晶格畸变，形成一种锌和钡、锌和锶的不定形晶体，这种不定形晶体是松散的蜂窝状或松散的片层 状凝在一起，彼此间的粘附力很小，当有外力时就很容易将其分成小颗粒，这就使污垢的去除变得 容易。
结垢的机理
沉降作用：沉降力包括：粒子本身重力、表面对粒子的吸引力和范德华力以及表面粗糙等引起的物理作 用力。切力也称剪应力，是水流使粒子脱离表面的力。 沉降力<切力，粒子被分散在水中，沉降力>切力，粒子容易沉积
结垢的机理
油气生产过程中常见的结垢机理
（3）蒸发引起的结垢 结垢还与采油生产过程中同时产出的烃类气体和地层盐水有关。随着生产管柱 中静水压力的减小，烃类气体的体积增大，温度较高的盐水发生蒸发，从而使剩余水 中溶解离子的浓度超过矿物质的溶解度而引起结垢，这是高温高压井中形成卤化物结 垢的常见原因。 （4）气驱和化学驱引起的结垢 利用二氧化碳驱进行二次采油可能引起垢沉积。因为含有二氧化碳的水会变为 酸性，并溶解地层中的方解石（碳酸钙）。当生产井周围的地层压力下降时，二氧化 碳会脱离溶解，于是碳酸钙会在射孔孔眼和近井眼的地层孔隙中沉积，而近井眼环境 产生结垢，将使压力进一步降低，从而形成更多沉淀。在化学驱中注入地层的化学药 剂也可能引起水垢沉积，碱驱中注入碱液与岩石作用会使PH值、离子组成及温度和压 力改变，可引起碳酸盐、硅酸盐和氢氧化物沉淀。
防垢器
防垢器 其他类型的防垢器
激光防垢器
电磁防垢器
量子管防垢器 超声波防垢器
谢
谢
云发生变化，导致缔合水分子结构氢键发生变化，拉长、弯曲和局部折裂，部分氢键被破坏，使
较大的缔合水分子集团变成较小的水分子集团，甚至是单个水分子。单个水分子的数量增多，水 分子的活动更自由，因而提高了水的活化性和对水垢的溶解度，极微小的水分子可以渗透、包围 、疏松、溶解、去除系统内部的老垢。
防垢器
2. 极化作用。 合金材料中各种元素的电极电位不同而形成电势差，形成弱电场，水通过合金附近时被极化，结垢和
4.
在含有Ca2+和CO32-的水流中，锌的存在阻碍了方解石的形核，
并与CO32-形成了配位化合物，减少了水中CO32-的浓度。水中Ca2+ 通过接地获得电子而变成Ca0，因此Ca2+浓度会逐渐减少，并逐渐稳定。
防垢器
防垢器效果影响因素
(1)多元合金防垢片孔径对防垢效果影响
80
60 阻 垢 率 （ % ）
防垢器
防垢器是利用合金材料成分并经特殊处理，形成一种特殊金相结构。这种特殊金 相结构可以抑制固相粒子、蜡、垢的形成，能够改变流体的静电位，使流体产生 极化效应，将固相矿物质悬浮在液相中，防止蜡、垢的形成以及对设备的腐蚀 。
防垢器
防垢器作用机理
1. 增加水对垢的溶解性 水由若干个分子缔合而成的较大的水分子，即n称为缔合水分子，n为缔合度。缔合水分子是 极性分子，H2O可以构成一个电偶极子，缔合水分子nH2O可以构成n个电偶极子的复合体系。这 种水分子团对碳酸钙(水垢)的溶解度较低，使水垢很容易析出，由于不同条件下水的温度、硬度 、粘度及PH值不同，水结垢的程度也不同。当缔合水分子以一定的流速经过金属试样时，由于金 属试样可形成无数个小的原电池，缔合水分子均产生极化，使水的偶极分子发生定向极化，电子
从图可以看出，孔径对合金装置的防垢 效果有较大影响，孔径对合金装置的防垢效
40
果有较大影响。当孔径在(6～8)mm的范围时 ，剩余钙离子浓度和阻垢率大，防垢效果最
20
佳，随着孔径增大，防垢效果变差。 孔径设计还需要考虑节流和压降的问题
4 6 8 10 孔径（mm） 12 14 16
0
。
防垢器
防垢器效果影响因素 (2)多元合金防垢片片间距离对防垢效果影响
垢
结垢的主要原因
二氧化碳的分压、温度、总溶盐量
温度、总溶盐量、压力
无机垢的类型
温度 总溶盐量
腐蚀、溶解气体、PH
结垢的机理
油气生产过程中常见的结垢机理
（1）不配伍混合结垢 不配伍的注入水和地层水混合可引起结垢。在二次采油和提高采收率注水作业 过程中经常将处理后的油田采出水或海水回注到储层中，当回注水水质与地层水水质 不相容时，就会发生结垢。海水一般富含硫酸根离子，而地层水含钙离子和钡离子， 因此当海水与地层水混合是会产生硫酸钙和硫酸钡等垢。 （2）自动结垢 油藏内水与油共存，各种采油工艺的实施不可避免地导致平衡状态的改变。如 果这些变化使流体组分超过某种矿物质溶解度的极限，则会形成结垢沉积。硫酸盐和 碳酸盐结垢会因井筒内压力、温度的变化或由于井下流动受阻而沉积，高矿化度盐水 的温度较大幅度下降会形成氯化物。另外，含油酸气的采处流体形成碳酸盐结垢沉积 时，开采过程中压力下降会使流体脱气，从而提高PH值，使结垢加剧。
71
70.5 阻 垢 率 70 （ % ） 69.5
从图可以看出，防垢装置尺寸范围内 ，当其它条件不变时，随着片间距离的 增加，阻垢率在70%左右，片间距离对流
体的流动状态影响较小，对合金装置的
100 150 200 250 300 350 400 450
69 50
防垢效果的Fra Baidu bibliotek响也较小。
距离（mm）
油田常见防垢技术简介
目 录
一、结垢概述
二、结垢机理 三、常见防垢技术 四、防垢剂 五、防垢器
结
垢
结垢：是硬水中溶解的钙、镁碳酸氢盐等受热分解，析出沉淀
物，渐渐积累附着在容器、管道上。在油田开采中会混杂一些腐蚀 产物、油腻垢、泥沙等杂质。
结
垢
结垢的类型
水垢
油泥垢
腐蚀垢
难溶或微溶盐类，具有 固定的晶格，单纯的水 垢较坚硬致密。常见的 有：碳酸钙、硫酸钙、 硫酸钡、镁盐等。
常见防垢技术
化学 防垢
物理 防垢
改善工艺生产条件，防止垢的形成：优化设计油田生产工艺技术措施，将油井产物油气水进行处理，针对钡锶离 子含量高的特性，采取最优的分离技术，减少与硫酸根离子接触机会，相应的减少沉淀的形成，达到最佳的防垢效果。
防垢剂
防垢剂是一些化学药品的通称，把少量的这些化学药品加入通常能结垢的水中，能起到延缓、减少或抑制结 垢的作用。 机理: 1.当垢开始形成时，首先从水中沉淀出细小的结晶体。就在这个时候，防垢剂附到这些晶体表面上，而使它 们保持细小的晶体，并抑制了它们进一步增长，增加其溶解度，这种防垢机理使药剂具有阈值效应。这点被认为是 油田防垢剂作用的主要机理。 2.使晶体畸变。 3.在某些情况下，防垢剂阻止垢结晶是由于这些防垢剂吸附到管线过容器的内表面上。 因此，防垢剂应用必须注意两点: 1.在水中当垢晶刚刚形成时，水中添加的防垢剂必须能够最有效的阻止垢晶进一步增长。这就说，防垢剂必 须投加于产生问题部位的上游。 2.防垢剂必须连续投加于水中，这样才能防止从水中沉淀的每一垢晶的增长，因此，无论是连续注入防垢剂， 还是间歇性注入，均需要保证系统内连续含有防垢剂。