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第十章
油田水的防垢与除垢技术
结垢机理及影响因素
油田防垢技术的应用
油田常用的防垢剂及作用机理
油田化学除垢
一、结垢机理及影响因素
油田水常见的水垢与影响因素
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
化学式
CaCO3
CaSO4·2H2O(石膏)
CaSO4(无水石膏)
BaSO4
SrSO4
FeCO3
FeS
Fe(OH)2
Fe(OH)3
Fe2O3
结垢的主要因素
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
腐蚀、溶解气体、pH值
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;
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。
其平衡常数K为:
2 +
−
2 +
−
[CaCO (固) ][H ]
[H ]
+
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-
K = [C a ][HCO 3 ] = [Ca ][HCO 3 ]
+
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:
1
2
碳酸钙结垢倾向性预测公式
SI=pH-K-p[Ca2+]-p[HCO3-]
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:
μ= (C 1 Z 12 + C 2 Z 22 + L + C n Z n2 )
——某离子浓度,mol/L;
Zn——某离子的化合物。
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;
•③SI<0时,钙离子不饱和,不会结垢。
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。
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。
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
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。