污水结垢机理及除垢防垢技术
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2、结垢与油田生产
在油田生产过程中，地下储层、采油井井筒、地面油气集 输系统内均可能产生无机盐结垢。油田水结垢给油田正常 生产带来的危害十分巨大，因此结垢问题已越来越引起人 们的关注。
目前，油气集输系统的结垢问题已成为我国各油田普遍存 在的问题。以胜利油田为例，目前胜利油田油井综合含水 平均高达92％，油井产出液中钙、镁离子和碳酸根离子浓 度偏高，有些甚至超过500mg/L，处于严重过饱和状态。 因此胜利油田许多油区的集输系统内结垢现象十分严重。 下表为结垢较严重的胜利油田纯梁首站（梁家楼外输水及 纯化外输水）的离子分析结果。从表中可以看出，这两部 分外输水中钙离子浓度均在400mg/L以上，同时碳酸氢根 离子和硫酸根离子浓度也很高。
结垢机理及除垢防垢技术
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一、油田水结垢问题
1、什么是结垢
结垢就是油田生产过程中，在地下储层、采油井井筒、 套管、生产油管、井下完井设备以及地面油气集输设 备和管线内由于各种原因而形成的一层沉积物质，它 们会造成堵塞并妨碍流体流动。油田常见的垢沉积物 主要是碳酸钙、硫酸钙和硫酸钡等。结垢现象普遍存 在于油田生产过程的各个环节，从注水设备到油藏再 到地面设备的整个水流路径上都能产生结垢。
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(3) 蒸发引起结垢
结垢还与采油生产过程中同时产出烃类气体和地层盐 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。 这是在高温高压井中形成卤化物结垢的常见原因。
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(4) 气驱或化学驱引起结垢
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 孔隙中沉积沉淀，而近井眼环境产生结垢将使压力进一 步下降，从而形成更多的沉淀。 在化学驱中注入地层的化学药剂也可能引起水垢沉积。 碱驱中注入的碱液与岩石作用会使pH值、离子组分及温 度和压力改变，可引起碳酸盐、硅酸盐、氢氧化物沉淀。 注蒸汽驱油过程中也常有硫酸钙、碳酸钙垢沉积。
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(3) 化学反应污垢 即在传热表面上进行的化学反应所产生的污垢。传热 面材料不参加反应，但可作为化学反应的一种催化剂。 例如，在石油加工过程中，碳氢化合物的裂解和聚合 反应若含有少量杂质，则可能发生链反应，从而导致 表面沉积物形成。
(4) 腐蚀污垢 即具有腐蚀性的流体或者流体中含有的腐蚀性杂质腐 蚀换热表面而产生的污垢。通常，腐蚀的程度取决于 流体的成分、温度及pH值。
的繁殖提供有利条件。同时，结垢还会使缓蚀剂与金属 表面难以接触成膜，大大降低缓蚀效果，加重设备和管 道的腐蚀，甚至引起腐蚀穿孔，使管道报废。 (3) 水垢沉积还会降低水流截面积，增大水流阻力和输送能 量。
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以上各方面综合作用的结果会造成集输系统内清洗作业频 繁和站内管道更换频繁，严重影响到油田的正常生产秩序， 大大增加油田的生产成本。仍以胜利油田为例。胜利油田 某些油区的集输管道内平均结垢速度达到25mm/月，为了 防止垢层堵塞管道，必须平均每月进行一次酸洗。这不仅 影响了正常生产，而且会加速管道的腐蚀，缩短管道的使 用寿命。因此，如何经济有效地解决油气集输系统的结垢 问题已成为各油田普遍关注的重要课题和迫切需要解决的 生产问题。
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2、结垢分类
根据结垢层沉积的机理，可将结垢分为颗粒污垢、结晶污 垢、化学反应污垢、腐蚀污垢、生物污垢及凝固污垢。 (1) 颗粒污垢 即悬浮于流体中的固体微粒在换热表面上的积聚。这种污 垢也包括较大固态微粒在水平换热面上因重力作用而形成 的沉淀层，即所谓沉淀污垢和其它胶体微粒的沉积。 (2) 结晶污垢 指溶解于流体中的无机盐在换热表面上结晶而形成的沉积 物，通常发生在过饱和或冷却时。油气集输系统中管内壁 所结出的碳酸钙和硫酸钙垢层即为典型的结晶污垢。
Mg2＋ Ca2＋
88.35 439.96
79.33 442.30
0.00
0.00
总铁
4.00
4.80
909.44 908.59 pH值
6.72
6.71
21110.31 21530.22
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结垢对油田油气集输系统的危害： (1) 油气集输系统中的水垢沉积会大大降低设备传热效果，
严重时会引起堵塞，必须及时进行清洗作业。 (2) 结垢会引起设备和管道局部垢下腐蚀，并且为SRB细菌
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在生产实践中发现，有时当清水与采出水混注 时结垢明显加重，这也是由于所注入的清水与 采出水水质不配伍而引起的。由此可见，在对 采出水进行回注之前必须将其处理至合格水质 标准。在钻井液、完井液应用中亦需考虑结垢 问题，因为高密度盐水完井液与地层水不相容 会引起硫酸钙垢沉淀。
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(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。如果这些变化使得流体组分超过某 种矿物质溶解度的极限，则会形成结垢沉积，这种现象 称为自动结垢。硫酸盐或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到阻碍而沉积。高矿化度 盐水的温度较大幅度下降会形成氯化钠（卤化物）。另 外，当含有酸气的采出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。
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二、油田水结垢机理
1、结垢机理
油气生产过程中常见的结垢机理主要有Hale Waihona Puke Baidu种： (1) 不配伍混合
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，而地层水含二 价阳离子Ca2+和Ba2+，因此，当海水与地层水混合时会产 生硫酸钙、硫酸钡等垢。
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胜利油田纯梁首站外输水离子分析结果
项目
CL－ SO42－ OH－ CO32－ HCO3－ 矿化度
检测结果（mg/l）
项目
检测结果（mg/l）
梁家楼外输 纯化外输
梁家楼外输 纯化外输
12054.21 12320.29 Na＋+Ka＋ 7526.80 7705.51
97.55 0.00
69.40 0.00
2、结垢与油田生产
在油田生产过程中，地下储层、采油井井筒、地面油气集 输系统内均可能产生无机盐结垢。油田水结垢给油田正常 生产带来的危害十分巨大，因此结垢问题已越来越引起人 们的关注。
目前，油气集输系统的结垢问题已成为我国各油田普遍存 在的问题。以胜利油田为例，目前胜利油田油井综合含水 平均高达92％，油井产出液中钙、镁离子和碳酸根离子浓 度偏高，有些甚至超过500mg/L，处于严重过饱和状态。 因此胜利油田许多油区的集输系统内结垢现象十分严重。 下表为结垢较严重的胜利油田纯梁首站（梁家楼外输水及 纯化外输水）的离子分析结果。从表中可以看出，这两部 分外输水中钙离子浓度均在400mg/L以上，同时碳酸氢根 离子和硫酸根离子浓度也很高。
结垢机理及除垢防垢技术
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一、油田水结垢问题
1、什么是结垢
结垢就是油田生产过程中，在地下储层、采油井井筒、 套管、生产油管、井下完井设备以及地面油气集输设 备和管线内由于各种原因而形成的一层沉积物质，它 们会造成堵塞并妨碍流体流动。油田常见的垢沉积物 主要是碳酸钙、硫酸钙和硫酸钡等。结垢现象普遍存 在于油田生产过程的各个环节，从注水设备到油藏再 到地面设备的整个水流路径上都能产生结垢。
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(3) 蒸发引起结垢
结垢还与采油生产过程中同时产出烃类气体和地层盐 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。 这是在高温高压井中形成卤化物结垢的常见原因。
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(4) 气驱或化学驱引起结垢
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 孔隙中沉积沉淀，而近井眼环境产生结垢将使压力进一 步下降，从而形成更多的沉淀。 在化学驱中注入地层的化学药剂也可能引起水垢沉积。 碱驱中注入的碱液与岩石作用会使pH值、离子组分及温 度和压力改变，可引起碳酸盐、硅酸盐、氢氧化物沉淀。 注蒸汽驱油过程中也常有硫酸钙、碳酸钙垢沉积。
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(3) 化学反应污垢 即在传热表面上进行的化学反应所产生的污垢。传热 面材料不参加反应，但可作为化学反应的一种催化剂。 例如，在石油加工过程中，碳氢化合物的裂解和聚合 反应若含有少量杂质，则可能发生链反应，从而导致 表面沉积物形成。
(4) 腐蚀污垢 即具有腐蚀性的流体或者流体中含有的腐蚀性杂质腐 蚀换热表面而产生的污垢。通常，腐蚀的程度取决于 流体的成分、温度及pH值。
的繁殖提供有利条件。同时，结垢还会使缓蚀剂与金属 表面难以接触成膜，大大降低缓蚀效果，加重设备和管 道的腐蚀，甚至引起腐蚀穿孔，使管道报废。 (3) 水垢沉积还会降低水流截面积，增大水流阻力和输送能 量。
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以上各方面综合作用的结果会造成集输系统内清洗作业频 繁和站内管道更换频繁，严重影响到油田的正常生产秩序， 大大增加油田的生产成本。仍以胜利油田为例。胜利油田 某些油区的集输管道内平均结垢速度达到25mm/月，为了 防止垢层堵塞管道，必须平均每月进行一次酸洗。这不仅 影响了正常生产，而且会加速管道的腐蚀，缩短管道的使 用寿命。因此，如何经济有效地解决油气集输系统的结垢 问题已成为各油田普遍关注的重要课题和迫切需要解决的 生产问题。
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2、结垢分类
根据结垢层沉积的机理，可将结垢分为颗粒污垢、结晶污 垢、化学反应污垢、腐蚀污垢、生物污垢及凝固污垢。 (1) 颗粒污垢 即悬浮于流体中的固体微粒在换热表面上的积聚。这种污 垢也包括较大固态微粒在水平换热面上因重力作用而形成 的沉淀层，即所谓沉淀污垢和其它胶体微粒的沉积。 (2) 结晶污垢 指溶解于流体中的无机盐在换热表面上结晶而形成的沉积 物，通常发生在过饱和或冷却时。油气集输系统中管内壁 所结出的碳酸钙和硫酸钙垢层即为典型的结晶污垢。
Mg2＋ Ca2＋
88.35 439.96
79.33 442.30
0.00
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总铁
4.00
4.80
909.44 908.59 pH值
6.72
6.71
21110.31 21530.22
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结垢对油田油气集输系统的危害： (1) 油气集输系统中的水垢沉积会大大降低设备传热效果，
严重时会引起堵塞，必须及时进行清洗作业。 (2) 结垢会引起设备和管道局部垢下腐蚀，并且为SRB细菌
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在生产实践中发现，有时当清水与采出水混注 时结垢明显加重，这也是由于所注入的清水与 采出水水质不配伍而引起的。由此可见，在对 采出水进行回注之前必须将其处理至合格水质 标准。在钻井液、完井液应用中亦需考虑结垢 问题，因为高密度盐水完井液与地层水不相容 会引起硫酸钙垢沉淀。
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(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。如果这些变化使得流体组分超过某 种矿物质溶解度的极限，则会形成结垢沉积，这种现象 称为自动结垢。硫酸盐或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到阻碍而沉积。高矿化度 盐水的温度较大幅度下降会形成氯化钠（卤化物）。另 外，当含有酸气的采出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。
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二、油田水结垢机理
1、结垢机理
油气生产过程中常见的结垢机理主要有Hale Waihona Puke Baidu种： (1) 不配伍混合
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，而地层水含二 价阳离子Ca2+和Ba2+，因此，当海水与地层水混合时会产 生硫酸钙、硫酸钡等垢。
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胜利油田纯梁首站外输水离子分析结果
项目
CL－ SO42－ OH－ CO32－ HCO3－ 矿化度
检测结果（mg/l）
项目
检测结果（mg/l）
梁家楼外输 纯化外输
梁家楼外输 纯化外输
12054.21 12320.29 Na＋+Ka＋ 7526.80 7705.51
97.55 0.00
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