油田结垢原因及其防垢研究毕业论文(编辑修改稿)

油田结垢原因及其防垢研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

属传热表面上生成垢。 3．静电斥力作用 将聚羧酸防垢剂（如聚丙烯酸）溶于水中，因离子化产生的迁移性反离子（ HNa+）脱离高分子链区向水中扩散，使分子链成为带电荷的聚离子（ COO），分子链上带电功能基因相斥而使分子扩张，改变了分子表面平均电荷密度，从而使表面带正电荷的无机盐微晶吸附在聚离子上。 当这种吸附不断增加时，可使微晶带上相同电荷，致使微粒间静电斥力增加，阻碍微晶相互碰撞而形成大晶体沉淀下来生成垢。 4．晶体畸变作用 将膦酸或聚羧酸防垢剂加入到水溶液中，因它们对成垢的金属阳离子具有整合作用，在晶格中占有一定位置，可阻碍或干扰无机盐微晶的正常生长，致使无机盐晶格畸变，不能生成大的晶体沉淀 [36]。 5．去活化作用 利用膦酸防垢剂本身具有表面活性，对碱土金属产生去活化作用， 使水溶液 中形成钙垢的晶核数目减少，从而减少生成盐垢的机会。 二、物理法防垢机理 物理法防垢是阻止无机盐沉积于系统壁上，允许无机盐在溶液中形成晶核甚至结晶，但要求这种结晶悬浮于溶液中不粘附于系统的器壁上。 各种物理法的防垢机理可归纳如下： 1．振散作用 当无机盐在水溶液中形成晶核时，采用超声波频率振荡，促使微晶分散而难于或不能生成晶体沉淀，有利于液体流动而不生成盐垢。 2．震壁作用 对于即将形成的无机盐微晶、晶体或沉淀，利用高强声波的强大震动，震掉或击碎松散垢物，易于被流体携带出地面。 3．电解作用 当可能结垢 的液流经过设置的高压静电场时，液流发生微电解并生成气体，此时金展电极上的腐蚀产物与垢物生成胶体，从而阻止垢物形成。 4．磁场效应 在可能成垢的水体外加强磁场，可影响水溶液中离子间的吸引力，改变无机盐的结晶条件，阻止晶体析出沉淀。 5．辐射作用 利用水中的无机盐吸收光量子而改变其结构的性质，在流体经过的地方设置辐射处理装置，由脉冲电流产生光量子，促使无机盐形成易于除去的产物。 6．催化作用 利用溶液中存在胶体晶体可阻止垢物形成的原理，在流体经过的地方设置专 门设备对流体进行催化，产生胶体晶种防止垢物生成。 7． 转嫁处理 在溶液中用晶种来创立大表面以利于无机盐在其上首先结晶，从而将可能形成于金属表面的垢物转嫁到晶种上。 防垢技术 一、化学法防垢技术 1．加酸或注入二氧化碳防止碱性垢 在油田水中加入适量的盐酸等酸液，将水的 PH 值降至 ，这样可防止碱性垢的生成。 防止碱性垢的另一种方法是注入二氧化碳，这在现场防垢时常采用。 油田水溶入二氧化碳可使水呈弱酸性，从而阻止碱性垢的生成。 即使二氧化碳过量也不致于引起酸过量和 pH 值降低过大；并且，可将过量的二氧化碳再循环，能降低水处理费用。 2．加入防垢剂防止各种垢 在可能产生垢的各种液流中加入螯合型防垢剂或抑制型防垢剂，可有效地防止垢的生成。 目前各种化学防垢剂多达数千种，国外常使用的防垢剂有美国的Nalco— 8365， Nalco— 3350；日本的 T— 225， NW— 25， NW— 04， NW— 12， NW— 13 等；国内常使用的防垢剂主要有 HEDP， ATMP， EDTMP， HEDPA， TETHM等。 由于使用某些单一防垢剂后，其化学物共存于水体中可发生“协同效应”，因此国内外又推出了复配防垢剂。 另外， 90 年代以来发展的聚合物防垢剂，防垢效果好，热稳定性好，无毒，与其他药剂相容性好 ，对生态环境污染小，而且兼有优异的缓蚀及其他性能，所以发展很快，品种多，应用越来越广。 从结构与性能来看，防垢剂可分为如下几种类型： （ 1）无机磷酸盐 主要有磷酸三钠（ Na3PO4）、焦磷酸四钠 (Na4P2O4)、三聚磷酸钠 (Na5P3O4)、十聚磷酸钠 (Na7P10O31)和六偏磷酸钠 (NaPO3)8。 这类药剂价格低，防碳酸钙较有效。 但易水解产生正磷酸，可与钙离子反应生成不溶解的磷酸钙。 随着水温的升高，水解速度加快，使用最高温度为 80℃。 （ 2）有机磷酸及其盐类 主要有氨基三甲叉磷酸、乙二胺四甲叉磷酸、羟 基乙叉二磷酸钠等。 这类药剂不易水解，使用温度达 100℃以上。 投加量比较低，有较好的防垢效果。 （ 3）复配型复合物 几种作用不同的单剂按一定比例混合，可配制成复合物使用。 如天津化工研究院生产的 TS1 就属于此类。 （ 4）油田用水溶性聚合物防垢剂 水溶性聚合物防垢剂在油田水处理上得到了比较广泛的应用，在油田锅炉水、工业循环冷却水、注水系统和油水集输系统等水处理方面都有显著的效果。 为防止设备腐蚀和结垢、防止地层结垢堵塞地层、减少腐蚀结垢，提高油田水处理技术水平，油田已开 始研制新型水处理剂。 其发展趋势是研制使用复合 水 剂，克服单一配方的局限性，使复合配方具有协同效应 [38,39]。 水溶性聚合物防垢剂的结构与性能的关系水溶性聚合物是防垢剂的主要成分之一，因此它的结构和性能直接影响或决定着水处理剂配方的性能和处理的效果。 水溶性聚合物防垢剂有天然聚合物和合成聚合物。 二、物理法防垢技术 物理除垢、防垢方法，主要是指运用声、光、电、磁等技术及其相应设备来 有目的地改变硬水中各种离子和分子的运动状况，从而达到处理目的，其效果一般不如化学法有效，但是这些物理方法往往集除垢、防垢、缓蚀、杀菌等多项功能于一身，使用方便、成本低、无污染， 具有广阔的应用前景和商业市场，因此，诸多专业人士已经投入大量的时间与精力开展这方面的研究。 目前比较常用的物理除垢、防垢方法有：磁化处理法、高压静电场处理法、静电场处理法、超声波处理法。 1．磁防垢法 20 世纪 80 年代末至 90 年代初，磁防垢技术先后在大庆、辽河、玉门、华北、新疆、胜利等油田进行了现场实验和应用，并在节能降耗、减少环境污染等方面取得实效。 在优化的磁场作用下，磁处理可以起到明显的防垢作用 [40~44]。 （ 1）磁防垢机理 虽然磁防垢技术已经得到推广，但是在机理研究方面 目前国内外尚没有能够解释所有实验现象的统一权威性理论。 许多专家学者共同努力提出了一些有价值的理论模型： ①磁致胶体效应的理论模型 根据观察分析原油经磁场处理后蜡晶的析出形式，测量原油的磁化率及红外光谱，出了这个理论模型，简述为：在磁处理应用见到效果使，流体中析出的粒子细小而弥散，粒子的尺度可视为胶体的范围。 磁处理对胶体粒子表面双电层形成起到了促进作用，使原来不断形成又不断消失的粒子因表面形成一亚稳状态的双电层得以较稳定的存在。 由此，导致在一定条件下，磁处理产生了磁防垢、磁防蜡、磁防粘等许多效果。 ②氢键异变 理论模型 通过实验发现，凡是具有极性原子的物质对磁场的作用都比较敏感。 如像水这种由氢键缔合而成的三维结构，施加微弱磁场虽远不能使氢键断裂，但可使其体系扰动，使其价电子发生新的取向，造成缔合分子间新的排列，这样一来产生了改变氢键形态的可能性，使其发生弯曲或扭动，或改变其键角或键的强度。 因为磁场作用很弱，所以发生扰动与磁场的方向、梯度、磁处理时的流速及作业时间均有密切关系。 在不同条件下表现出某些物理化学性质的奇异变化，如水经磁场处理后，水的表面张力下降，蒸发速度加快，溶解性能加强，从而在宏观上产生磁防垢效果。 ③内晶核理论模型 磁处理的作用是使液流中内晶核的形成受到抑制。 在任何水系统中，成垢的直接原因是沉积物从过饱和溶液中沉淀出来。 影响形成垢的主要因素一个是流体中成垢化合物溶解度，另一种是晶核，它最终导致垢的形成沉积并生长。 从大量的实验证明，经过磁处理后，水垢颗粒变得大而松软；而未经磁处理的水垢坚硬而密集。 根据这些实验现象 提出了“内晶核”效应的假设。 水中一些杂质粒子被一簇簇水分子组成的集合体 H2O 所包围，由于水分子簇团及其缔合物、水合离子和杂质的微观颗粒都进行着不间断的振动运动。 当水体系通过高梯度磁场时，可能受 到磁感应振动，当其振动频率恰好与一些水分子振动频率相等或成比例时，即可能发生共振，致使一些分子簇团发生畸变扭曲或破坏，从而释放出原来被包裹着的杂质微粒而成为自由的晶核。 （ 2）磁防垢技术展望 由于磁防垢技术是一种物理技术，在环境保护和降低生产成本等方面具有其 他方法比拟的优势，近年来，强磁场及脉冲磁场处理技术已开始应用于水处理技术，并取得了显著效益。 磁处理技术初步向有效利用磁场的能量及注重对磁场强化机理的研究方向发展，随着人们对磁防垢的作用条件、机理认识的深入，随着实验方法和分析手段的提高，建立和完善定量磁处 理防垢模型是机理研究的发展趋势，在应用技术上加强磁处理技术与光、电、超声波等物理技术、化学投药法以及生物技术协同处理工业水，将会取得更好的效果。 2．电子防垢技术 当今欧美发达国家普遍应用的电子防垢技术，取得了较为理想的防阻垢效果。 （ 1）电子防垢器工作原理 当被处理的水流经电子除垢仪时，在高频电信号作用下水体中产生一定强度的磁场。 水是极性分子，磁场对水的偶极分子发生定向极化作用后，电子云发生变化，它造成氢键的弯曲和局部断裂。 结果是使水体中单个水分子数量增多，这些呈自由化的水分子占据了水体的全部空间间隙，这 一现象的存在可有效地抑制水体中结垢物质的晶体形成，同时也是电子除垢仪能防止水垢形成的第一个因素。 第二个因素是，在洛伦兹力的直接作用下，水合离子或带电质点做反向运动。 在该过程中正负离子或结垢质点相互碰撞形成一定数量的“离子缔合体”，它具有足够的稳定性，并不会因水体分子存在的热运动冲击而被拆散。 这种“离子缔合体”在水体中构成了大量的结晶核心。 这些结晶核心的存在将有助于水体中的结垢物质形成较大的质点或悬浮颗粒，并且它们可以稳定地存在于水中，从而也能在一定程度上避免它在器壁上形成水垢 [45~47]。 2）电子防垢技 术展望 电子防垢仪从它在市场上出现开始，就引起了人们的关注。 由于它具有体现 小、费用低、操作简便、无污染等特性而形成了它的市场优势。 但由于电子防垢易受水的温度、硬度、黏度、 pH 值的影响，我们不能不考虑实际的水质条件而盲目地选用，因此，随着对电子防垢技术机理的不断研究，建立关于水质与发射电子频率、强度的关系的模型是今后的发展趋势。 3．超声波防垢技术 超声波化学或称声化学，是利用超声波加速化学反应，提高化学反应速率的一门新兴交叉学科。 自从 1927 年 Richards 和 Loomis 首次发表了超声波的化学效应以来 [48]，引起科学家们的广泛关注，目前超声波在化工领域已有广泛的应用。 （ 1）超声波的作用机理 生产生活中常见的成垢方式为生物结垢、化学反应结垢、晶体结垢、颗粒结垢等。 结构类型有水垢、油脂垢、锈垢、碳水化合物结垢、聚合物结垢等。 成垢的过程一般分为三步：一是成垢物质过饱和度的生成；二是垢核的形成；三是垢体成长变大的过程。 超声防除阻垢就是利用超声波强声场处理流体，破坏成垢条件，使液体中成垢物质在超声场作用下，其物理性能的化学形态发生一系列变化，阻碍垢体的长大，使之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着管壁形成积垢。 声场 对成垢物质微粒。