物理防垢装置筛选评价试验

潍坊工程职业学院大庆油田采油二厂

物理防垢装置筛选评价试验

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对三元复合驱采出液进行了物理防垢器筛选试验，对Scalebuster、电子感应水处理器、纳米防垢涂层+WorldMagnetic3种物理防垢技术进行防垢性能的评价。采用物理防垢装置评价体系，在三元复合驱过程中优选出一类防垢率超过60%的物理防垢技术。Scalebuster通过产生静电作用，能够吸附水中成垢离子，抑制了成垢离子向垢的转化，增加其溶解度；电子感应水处理器形成的电磁场能够产生活性水，增加水的活性，从而提高水的溶解度和渗透力，增加水中成垢离子的含量。WorldMagnetic与纳米防垢涂层混合应用在三元防垢体系，由于技术单一性，以及纳米涂层受到特定环境条件影响，对于三元水质防垢不适宜。

防垢；筛选；碱；离子；评价；试验

1 防垢技术分类

目前，油田应用的防垢技术，主要可分为化学法和物理法两类。化学防垢技术主要采用向管道中添加防垢剂的方式实现加热炉及管道的防垢，由于受到水质的差异以及药剂的配伍性的影响，化学防垢措施效果不一。另外此类技术由于运行成本高、维护量大且对后续水质处理产生一定影响，不利于油田中后期的地面应用。物理防垢技术运行成本和后期维护费用较低，有较好的应用前景。在过去的10年中，萨南油田采用了多种物理防垢技术(强磁、电子、合金、超声波等)，由于受到评价环境及应用方法的约束，技术应用适应性不能得到全面的认识，致使其在实际推广应用中防垢效果参差不齐。

为实现对多种防垢技术适应性进行评价，建立物理防垢装置在线实验平台，可实现如下功能：①确保物理防垢技术在生产条件下进行适应性检测；②适应多种物理防垢装置在相同条件下进行防垢性能检测对比评价；③根据物理防垢技术机理，重点以水质检测为主，将加热浓缩状态、有效性保留时间、防垢率3项主要指标作为评价重点，而且水质检测必须在取样后立即进行，避免规律的“丢失”。

物理防垢装置在线实验平台设计A、B、C、D 4条三元复合驱采出液管路：A管路安装Scalebuster；B管路安装钠米防垢涂层+World Magnetic；C管路安装电子感应水处理器。对三元复合驱采出液进行物理防垢器筛选试验，并对Scalebuster（A）、电子感应水处理器（C）、纳米防垢涂层+WorldMagnetic（B）3种物理防垢技术进行防垢性能的评价。

2 成垢离子变化及分析

（1）碱度变化。由图1可见，Scalebuster（A）处理后的水在静电效果和电化学反应作用下导致电位变化与极化现象，实现总碱度增高。电子感应水处理器（C）产生感应电磁场作用在水体极性水分子上，产生电荷间振动，缔合状的(H2O)n形成单个水分子，最后结合为较稳定的(H2O)2，活性水在提高溶解性的同时增加了体系中碱的含量。

图1 总碱度趋势

（2）硅离子变化。Scalebuster处理后的硅离子含量由于碱度的增加而发生改变，当pH值＞10时，硅离子的溶胶—凝胶作用会逐渐减弱，以硅酸根离子形态存在的硅元素会逐渐增加，反映出硅离子溶解度的增强。电子感应水处理器产生的感应电磁场，由于活化水(H2O)2的存在，离子或带电粒子水化增强，表面水化膜增厚，被束缚于水的偶极子群中，运动的自由行程减小，彼此间碰撞结合成为成垢大粒子的可能性降低，实现硅离子溶解度的提高。

（3）硬度变化。由图2可见，Scalebuster（A）处理后溶液由于Zn2+的静电引力对周围阳离子载体有吸附作用，暂时减少水中形成垢Ca2+、Mg2+，相对溶解度的提高，使硬度测定增高。电子感应水处理器（C）感应电磁场对水有活化作用，活性水能提高成垢离子溶解能力，从而增大了体系中Ca2+、Mg2+含量，硬度随之升高。

图2 硬度变化趋势

（4）其他离子变化。由图3可见，A、C与D的聚合物含量基本一致，说明防垢仪作用机理不影响聚合物含量，但是可以改变聚合物的物性从而作用于其他离子。表1所列分析项的测定数值比较稳定，说明防垢仪对这些分析项基本不产生影响。

表1 防垢仪未影响的分析项数据

图3 聚合物变化趋势

3 加热浓缩分析

对A、B、C、D4条管路上的采出液进行加热浓缩，将300mL水样加热浓缩至50mL，烧杯中有松软的大颗粒沉积物，呈絮状悬浮在烧杯底部；纳米涂层+WorldMagnetic烧杯中沉积物呈细小颗粒状；D管路水样烧杯中有大量细小、致密沉积物。将处理后水300mL溶液蒸干后，A、C管路水样浓缩垢呈颗粒状，比较松散，板结不严重；B、D管路水样垢质致密，板结严重。

4 挂片防垢率测定

采用现场挂片法测试防垢率，防垢率测定结果见表2。

表2 物理防垢装置结垢率与防垢率统计

根据防垢率统计结果，电子感应水处理器的防垢效果要优于Scalebuster的防垢效果。在第一阶段进行离子检测分析，结果表明，Scalebuster处理后的溶液中的硬度和硅离子含量都高于电子感应水处理器，这是由于电子感应水处理器处理后的溶液中产生了粒径不一的结晶及其与非晶质构成的颗粒，这些颗粒结构松散、不易附着于管壁或器壁，其中部分颗粒无法通过滤纸的过滤。另一方面，Scalebuster处理后溶液中产生Zn2+的析出，由于静电引力产生离子间吸附作用，不断形成大的离子载体，其结构较为松散，且垢有着不同的形态，由于管道流速小，因此不断沉积在金属表面，但成为大分子聚集体，不再成垢。

5 结语

（1）采用物理防垢装置评价体系，在三元复合驱，优选出一类防垢率超过60%的物理防垢技术。

（2）Scalebuster通过产生静电作用，能够吸附水中成垢离子，抑制了成垢离子向垢的转化，增加其溶解度；电子感应水处理器形成的电磁场能够产生活性水，增加水的活性，从而提高水的溶解度和渗透力，增加水中成垢离子的含量。

（3）WorldMagnetic与纳米防垢涂层混合应用在三元防垢体系，由于技术单一性，以及纳米涂层受到特定环境条件影响，对于三元水质防垢不适宜。

（0536）3272689、jian-zhi-1972@163.com

（栏目主持 杨军）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.020

窦建芝：副教授，1998年7月毕业于聊城师范学院，现为山东省潍坊工程职业学院副教授，主要从事教育教学研究和化工应用技术研究。