油田水的防垢和除垢技术

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，为含盐量，组成和水温的函数，可由离子强度与水温的
关系表中查得； p[Ca2+]——Ca2+浓度负对数，Ca2+离子浓度单位为mol/L；
p[HCO3-]——HCO3-浓度负对数，HCO3-离子浓度单位为mol/L；
离子强度 ：
1
= (C 1 Z 12 + C 2 Z 22 + L + C n Z n2 )
2
式中：Cn——某离子浓度，mol/L；
Zn——某离子的化合物。
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饱和指数SI的意义
• ①SI=0时，水中的钙离子和碱度等在该温度下保持平 衡，水刚好被碳酸钙饱和，因而水是稳定的，即不析 出垢；
• ②SI>0时，该条件下水中的钙离子处于过饱和状态， 倾向于结垢析出，SI值越大，结垢的倾向也越大；
第十章 油田水的防垢与除垢技术
1 结垢机理及影响因素 2 油田防垢技术的应用 3 油田常用的防垢剂及作用机理 4 油田化学除垢
2021/2/13
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一、结垢机理及影响因素
名称
碳酸钙
硫酸钙
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
油田水常见的水垢与影响因素
化学式
结垢的主要因素
2+
Ca
HCO 3
[CaCO 3 (固 ) ]＋H
＝
2
+
Ca
H+
HCO 3
取对数
pHs= p[Ca2+]+ p[HCO3-]-pK
又pK等于pK2和pKSP之差(K2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：
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碳酸钙结垢倾向性预测公式
SI=pH-K-p[Ca2+]-p[HCO3-]
由水解反应生成的氢氧化镁的溶解度很小，氢氧化镁也是 一种反常溶解度物质，它的溶解度随着温度的上升而下 降。
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硫酸钙结垢
• 硫酸钙或石膏是油田水另一种常见的固体沉淀物。
– 地层中的注入水中硫酸盐的富集的原因： – (1)岩石中所含石膏的溶解作用。 – (2)岩石中硫化物被水中所含溶解氧氧化，产生硫酸根。 – (3)注入水与油藏内封存水的混合。
• 影响硫酸钙结垢的因素：
– (1)温度的影响
– (2)盐量的影响
– (3)压力的影响
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硫酸钡结垢
• 硫酸钡是油田水中最难溶解的一种物质，在共沉淀条件下，硫酸盐 结垢的难易程度与化学溶度积原理相一致，BaSO4最快，其次是 SrSO4，最慢的是CaSO4。当温度上升时，BaSO4的结垢趋势减 弱，当压力上升时，三种硫酸盐的溶解性增大，结垢减少。 影响硫酸钡溶解度的因素如下：
CaCO3
CaSO4·2H2O(石膏) CaSO4(无水石膏)
BaSO4 SrSO4
二氧化碳分压、温度、含盐量、pH值 温度、压力、含盐量 温度、含盐量
FeCO3 FeS
Fe(OH)2
Fe(OH)3 Fe2O3
腐蚀、溶解气体、pH值
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2
一、结垢机理及影响因素
结垢是油田水水质控制遇到的最严重的问题之一， 结垢可以在地层和井筒的任何地方发生， 结垢的危害： – 降低传热效果； – 引起管道、设备腐蚀； – 降低水流道面积，增大水流阻力和能耗； – 增加清洗费用和停产时间；
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碳酸镁结垢因素分析
• 碳酸镁的溶解反应如下：
Mg2CO3+CO2+H2O→Mg(HCO3)2
碳酸镁在水中的溶解度随水面上二氧化碳分压的增大而增 大；随着温度增大而减小。
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碳酸镁结垢因素分析
碳酸镁在水中易水解成氢氧化镁，碳酸镁的水解反应如 下：
MgCO3+H2O→Mg(OH)2+CO2
– 温度的影响 硫酸钡的溶解度随着温度升高而增大。
– 含盐量的影响 硫酸钡在水中的溶解度于碳酸钙一样，随着含盐量的增加而增加。
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铁沉淀物
来源
1 水中溶解的铁离子 2 钢铁的腐蚀产物
油田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 气体与地层水中的铁离子反应也能生成铁化合物。每升地层水中铁 含量通常仅几毫克。
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一、结垢机理及影响因素
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 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。
含有氧化铁胶体的水具有红色，称为“红水”。含有硫化亚铁胶 体的水具有黑色，称为“黑水”。
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硅沉淀物
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酸盐的岩石和水直接 接触后溶解而形成的。
硅垢
以硅酸盐或二氧化硅为主的垢
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油田防垢技术的应用
控制结垢的作用
(1)防止晶核化或抑止结晶变大； (2)分离晶核，控制成垢阳离子，主要是螯合二价金
有机磷酸及其盐类
主要有氨基三甲叉磷酸(ATMP)、乙二胺四甲叉磷酸 (EDTMP)、羟基乙叉二磷酸钠(HEDP)等。
属离子； (3)防止沉积，保持固体颗粒在水中扩散并防止在金
属表面沉积。
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油田防垢技术的应用
控制方法
1、控制PH值 2、去除溶解气体 3、防止不相容的水混和 4、采用防垢剂进行防垢
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油田常用的防垢剂及作用机理
油田常用的防垢剂
无机磷酸盐 主要有磷酸三钠、焦磷酸四钠、三聚磷酸钠、十聚磷酸钠 和六偏磷酸钠(NaPO3)。
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碳酸钙结垢倾向性预测公式
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 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：
K＝
• ③SI<0时，钙离子不饱和，不会结垢。
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影响碳酸钙结垢的因素
• 二氧化碳的影响： • 温度和压力的影响； • pH值的影响； • 盐量的影响。
• 溶解的盐效应 ：离子间的静电相互作用，使Ca2+离子
和CO32-离子的活动性减弱，结果降低了这些离子在碳 酸钙固体上的沉淀速度，溶解的速度占了优势，从而 碳酸钙溶解度增大的现象。