注水系统结垢影响因素研究毕业论文(编辑修改稿)

注水系统结垢影响因素研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

与地层岩石和地层流体相配伍，在地层条件下可长期稳定，在地层岩石中有较大的吸附量和适中的解吸附速率，与除垢剂及其它有关化学剂完全配伍。 防垢剂 YFG 由有机磷酸盐、垢分散剂、铁离子络合剂等组成，它既能将 Ca2+、Mg2+络合成多元体，又能在溶液中扩散并 吸附在细粒垢的表面及管线的内表面，抑制垢晶体的进一步生长，此外还可络合 Fe3+，防止 Fe2O3的生成。 用离子检测法测定了防垢剂 YFG 及国内一些常用防垢剂的防垢性能。 此外， YFG 中的各种组分能吸附在管线内表面，形成的吸附层不仅阻碍垢晶体的结合，还能起缓蚀作用。 榆树林油田注入水 85℃时对 N80 钢试片的腐蚀率为 h() ， 加 入 30ppmYFG 可 使 腐 蚀 率 下 降 至 g/m2 h()，缓蚀率高达 %。 (以上腐蚀数据均为 3 个试片的平均值。 ) 关于 防垢剂与地层岩石和地层流体的配伍问题，早在二十世纪 80 年代国外就有深入研究，其结论是：在酸性环境中 (PH 在 4 附近 )多数防垢剂防垢效率几乎为零。 为了与络合型除垢剂相配伍，最好选用碱金属盐类防垢剂。 防垢剂是通过反应 +络合机理和吸附机理起防垢作用的。 反应 +络合机理是防垢剂在水中离解后产生的阴离子与成垢金属阳离子生成稳定的络合物，其实质是增大盐垢的溶解量。 依据反应 +络合机理的溶垢量符合化学计量关系，即一定量的防垢剂可按化学配位关系控制一定量的成垢离子。 又因为防垢剂的使用量一般很低，故依据反应 +络合机理仅能控制很少 量的成垢离子。 而防垢剂的吸附是通过晶格崎变机理和静电排斥机理起防垢作用的。 由于吸附机理不是按照化学计量关系起作用，所以依据吸附机理能够控制远远大于化学计量的成垢离子。 显然，挤入地层的防垢剂主要是通过吸附机理起作用的。 如果希望防垢剂在地层中有较长的有效期，就必须要求它在地层岩石表面有较大的吸附量和较小的解吸附速率。 为此在防垢剂中还复配了可以增大其在地层岩石表面吸附量的表面活性剂。 2）油井井底加入固体缓释型防垢剂对于油井井筒发生结垢的井，可采用在 油井底部加入固体缓释型防垢剂，根据药剂具有在油水中均可释放的 特性要求、西安石油大学高等继续教育毕业设计 （论文） 11 根据释放量必须满足采出液对药剂浓度要求，采用防垢主剂，选择合适载体，制成固体缓释型防垢剂，并建立药剂释放量的检测方法与实施工艺。 将固体防垢剂放入工作筒中，工作筒连接在油泵下部、筛管的上部，液体通过防块时，防垢剂溶于液体中，起到防垢作用。 除垢措施 清垢解堵剂 YQG 对于发生在近井地层孔隙中的垢，用普通酸化作业一般可以达到增加产液量或提高注水能力的目的。 但由于酸性物质只对碳酸盐垢有效，对地层岩石结构有破坏作用以及可能在地层中发生二次沉淀等原因，普通酸化作业的有效期普遍较短，对于酸敏性地层及 套管已发生腐蚀穿孔井更是一种禁忌。 而向结垢地层深部挤入化学中性的络合物除垢剂和防垢剂的清防垢联合技术是将不溶性垢转化成水溶性络合物随产出液排出，不会破坏地层岩石结构。 又由于挤入的清防垢剂工作液的 pH 与地层水接近，无论它们在地层中或井筒中停留多久都不会产生二次沉淀和腐蚀作用，从而不会对地层或井下套管造成伤害，措施有效期比酸化作业要长得多。 清垢包括地层和井筒两部分。 榆树林油田属低孔、低渗油田，储层泥质含量高、温度高、埋藏深。 注水井堵塞的因素除结垢外，还有悬浮物杂质堵塞、乳化堵塞等。 地层清垢剂配方研究中必须考虑 对地层堵塞物的溶解能力及防止二次污染等因素。 我们针对上述堵塞因素，研制了清垢解堵剂 YQG。 这是一种多功能的综合解堵剂，主要成分为有机酸、缓蚀剂、表面活性剂等。 它具有解无机垢堵、解有机垢堵、减缓反应速度、洗油、破乳和缓蚀等多种作用，且不产生二次沉淀，尤其在解除无机垢堵塞，较好地与粘土矿物反应而不产生二次沉淀等方面具有良好的性能。 清垢解堵剂 YQG 的综合性能如下：对无机垢的溶蚀率 %；对储层岩心的溶蚀率 %，对 N80 油管钢的腐蚀速率 h(85℃ )；洗油率%；与原油间的界 面张力 N/ｍ；破乳率 100%(100min)。 配制 1m3清垢解堵剂 YQG(酸液 )的材料费用为 804 元。 西安石油大学高等继续教育毕业设计 （论文） 12 第 3 章 油田常见水垢类型及影响因素 油田注入水成分通常十分复杂，性质也特殊。 大多数油田水的 PH 值为 5~9，属中性或弱碱或弱酸性。 水质除了受其中的金属离子和溶解气体的影响外，还与悬浮物，细菌等有关。 因而，油田水质分析很困难，长需要多次预处理。 现在不仅有原始的方法基础，而且已经发展了新的分析方法：分光分度法，原子光谱法，色谱法，容量法，电化学法，形态分析法。 水垢一般是具有反常溶 解度的难溶盐或微溶盐类，有固定的晶格，坚硬而致密，不同的油田的地质条件可能产生不同的垢，不同的垢受不同的因素的影响。 油田水的种类很多，最常见的有碳酸钙，硫酸钙，硫酸钡，硫酸锶。 我国长庆马岭油田就存在碳酸钙和硫酸钡垢，北海油田有硫酸钙和硫酸钡以及二者的混合物。 含铁垢一般很少纯在，常与硅的盐一起混入其它垢中，他们主要受以下因素的影响： （ 1） 注入水（包括混合污水回注水）与储层水的成分及类型； （ 2） 压力变化； （ 3） 温度的变化； （ 4） 水垢含盐量的变化； （ 5） PH 值的变化。 其中最主要的是注水水水质的影响，而其它因素皆属于内因，直接影响 水中溶解物质的平衡。 各种类型结垢物的相对影响因素的变化趋势如表 33 所示。 例如，油井开采过程中，压力逐渐降低，井附近碳酸氢钙不断分解成二氧化碳和碳酸钙垢，但当油井以机采方式开采时，泵的抽吸作用造成脱气现象，二氧化碳的分压的作用降低，即会在泵及井筒中生成碳酸钙垢。 又如，从油井采出的流体经分离器降低，降温后输到转油站再加温，由于二氧化碳很快逸出，再加温放热器内也会产生严重的碳酸钙垢。 水中的机械杂质，微生物的生长和繁殖都会加速盐类的结晶和 沉降作用。 金属表面被腐蚀变的粗糙，粗糙表面将产生催化结晶和沉降作用。 下面我们重点对常见的水垢类型的影响因素做一下重点的研究。 表 33 各类结垢物相对影响因素的变化趋势 结垢物 压力降低 温度升高 含盐量升高 PH 值降低 碳酸钙 变大 变大 变小 变大 硫酸钙 变大 变大 变小 变大 硫酸钡 变大 变小 变小 无关 硫酸锶 变大 变小 变小 无关 西安石油大学高等继续教育毕业设计 （论文） 13 碳酸钙垢及其影响因素 碳酸钙垢 碳酸钙是一种重要的成垢物质，也是油田开发生产中最常见的无机垢，在油田水中溶解度很小。 低渗透油田注水开发 时，通过注水井将高压水注入油层。 当注水井井口压力为 10MPa 时，若井深为 1000ｍ，则注水井井底压力约 20MPa。 注水井井底温度通常比地面注入水温度略高，而油井井底温度一般要高得多。 油井井底温度是随油井深度增加而增高的。 一般井深每增加 100ｍ，井底温度增加 3℃左右，精确的井底温度可通过测井温曲线获得。 大庆朝阳沟油田某深井泵抽油井深 1000ｍ，井底温度约 45℃，井底压力约 (或更低 )。 同深度的注水井井底温度在 25℃左右，在地面注水压力为 9MPa 条件下，井底注水压力约 19MPa。 地层水中含有多项离子 ，如大庆朝阳沟油田扶余层地层水中含有 CO3 Ca2+、 HCO Mg2+、 Cl、 SO4 K+、 Na+离子，而注入水中主要含有少量的 CO3 Ca2+、 HCO Mg2+、 Cl、 K+、 Na+离子。 当两种水的离子结合时，则可能产生碳酸钙沉淀，导致结垢。 结垢规律与系统的压力、温度、碳酸钙的溶解度、 CO2分压和 PH 等条件有关。 反应式如下： Ca2++2 HCO3 → CaCO3↓ + CO2↑ +H2O (1) OH + HCO3 → CO32 + H2O (2) Ca2++(Mg2+)+ CO32→ CaCO3↓ (Mg CO3↓ ) (3) Ca (HCO3)2 CaCO3+ CO2 + H2O (4) 影响因素 1） 二氧化碳分压的影响 当油田水中二氧化碳含量低于碳酸钙溶解平衡所需的含量时，化学反应 Ca (HCO3)2→ CaCO3+ CO2 + H2O 向右进行，油田水中出现碳酸钙沉淀，碳酸 钙沉淀附在岩隙、管道和用水设备上，出现了结垢现象。 反之，当油田水中二氧化碳含量超过碳酸钙溶解平衡所需的含量时，化学反应向左进行，这时原有的碳酸钙垢会逐渐溶解。 所以，水中二氧化碳的含量对碳酸钙的溶解度有一定的影响。 水中的二氧化碳的含量与水面上气体中二氧化碳的分压成正比。 实验表明，当水温为 24℃时，二氧化碳的分压由大气压上升到 50 大气压时，碳酸钙在水中的溶解度增加 3 倍左右。 因此，油田水系统中任何有压力降低的部位，气相中二氧化碳的分压都会减少，二氧化碳从水中逸出，导致碳酸钙沉淀生成。 2） 温度对碳酸钙垢的影响 温 度是影响碳酸钙在水中溶解度的一个重要因素。 绝大部分盐类在水中的溶解度都随温度升高而增大，但温度升高时溶解度反而下降，即水温较高时会结出更多的碳酸钙垢。 这就可以解释为什么一种在地面不结垢的水，如果井底温度足 够高，那么这种水在注水井中也会成垢的原因；同样也可以解释在加热设备的火西安石油大学高等继续教育毕业设计 （论文） 14 管处常常发生碳酸钙结垢的原因。 3） PH 值对碳酸钙垢的影响 地下水或地面水一般均含有不同程度的碳酸，而水中三种形态的碳酸在平衡时的浓度比例取决于 PH 值。 根据碳酸平衡各级反应式，并按照电离平衡原理，碳酸的二级电离可表示如下： [H+][HCO3]/[CO2]=K1 [H+][CO32]/[HCO3]=K2 K1， K2 为碳酸的第一离解常数和第二离解常数。 由于水中呈分子状态的碳酸实际上只有水中所含游离二氧化碳量的 1%左右以下，进行水质分析时又不宜把二者分离，所以 [CO2]应按 [CO2+H2CO3]的总和计算。 因为 H2CO3的含量甚低，所以把水中溶解的 CO2含量作为游离碳酸含量，不致引起很大误差，一般可用 [CO2]来代表游离碳酸总浓度，即 [CO]≈ [CO2+H2CO3]。 水中三种碳酸在平衡时的浓度比例与水的 PH 值有完全相应的关系。 在底 PH 值范围内，水中只有 CO2+H2CO3；在高 PH 值范围内只有 CO32离子；而HCO3离子在中等 PH 值范围内占绝对优势。 尤以 PH= 时为最大。 因此，水的 PH值较高时就会产生更多的碳酸钙沉淀；反之，水的 PH 值较低时，则碳酸钙不易产生沉淀。 4） 含盐量的影响 油田水中的溶解盐类对碳酸钙的溶解度有一定的影响。 在含有氯化钠或除钙离子和碳酸根离子以外的其它溶解盐类的油田水中，当含盐量增加时，变相应的提高了水中的离子浓度。 由于离子间的相 互静电作用，使 Ca2+离子和 C。