【摘 要】
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我国大部分油田已进入中后期开发阶段,注水开发已成为提高油井产量的重要技术。因注入水水质稳定性、与地层水配伍性较差等引起的结垢问题造成了集输管线堵塞、垢下腐蚀加剧,甚至会对储层造成伤害,严重影响油田正常生产,加大了油气田生产成本。经调研,陕北某地区采出水结垢的主要成分为CaCO3和CaSO4,并多以混合垢形式存在。研究发现,混合垢的强度及韧度与单一垢有较明显差别,且多种离子共存会影响垢沉积的热力学和
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我国大部分油田已进入中后期开发阶段,注水开发已成为提高油井产量的重要技术。因注入水水质稳定性、与地层水配伍性较差等引起的结垢问题造成了集输管线堵塞、垢下腐蚀加剧,甚至会对储层造成伤害,严重影响油田正常生产,加大了油气田生产成本。经调研,陕北某地区采出水结垢的主要成分为CaCO3和CaSO4,并多以混合垢形式存在。研究发现,混合垢的强度及韧度与单一垢有较明显差别,且多种离子共存会影响垢沉积的热力学和动力学行为。在结垢研究方面,对单一垢沉积过程及阻垢、防垢研究关注较多,而对混合垢的沉积过程报道相对较少。为了建立有针对性的阻垢防垢措施,研究采出水中垢共沉积作用机制尤为重要。本文以陕北油气田采出水及回注水为研究对象,在室内配置模拟水,通过垢沉积过程中电导率、p H、晶体形貌变化,研究了单一CaCO3垢、CaSO4垢的沉积过程;通过测定电导率值的变化,研究成垢离子浓度、温度、矿化度、悬浮物浓度、转速等对单一垢沉积过程的影响;通过电导率、p H值、晶体形貌及晶体结构变化,分析对比单一CaCO3垢、CaSO4垢及其混合垢沉积过程的差异;通过电导率值变化,研究CaCO3垢、CaSO4垢共沉积时的竞争及诱导关系。实验结果表明:（1）CaCO3成垢速度快、诱导期不易观察,成核、晶体成长阶段的速率常数分别为0.0027 min-1、0.0005 min-1;CaSO4垢结垢诱导期为5.00 min,成核、晶体成长阶段的速率常数分别为0.0027 min-1、0.0003 min-1。成垢离子浓度增大,CaCO3、CaSO4结垢速率随之增大,且阴离子浓度增大对垢的生成速率影响较大;溶液盐浓度增大,上述垢的结垢速率减慢;悬浮物含量、转速增大且温度升高,均有利于垢晶体生成。（2）共沉积过程中,CaSO4与CaCO3晶体会交织形成混合晶体,其强度较纯CaSO4垢强、较纯CaCO3垢弱,共沉积时的结垢速率均低于纯物质沉积时的情况;且CaSO4垢在共沉积及纯物质沉积时均为石膏形式;而CaCO3垢在纯物质沉积时为稳定的方解石结构,而当发生共沉积时,部分晶体呈现球形球霰石形态。（3）在HCO3-、SO42-与Ca2+反应时,HCO3-与SO42-会相互竞争并干扰垢晶体的界面生长过程,其中SO42-仅在一定限度内对CaCO3的沉积产生影响,而HCO3-对CaSO4垢沉积的影响却十分显著。向等Ca2+离子浓度的单一CaCO3、CaSO4垢沉积的混合溶液中,分别加入Na2SO4、Na HCO3固体颗粒,分析SO42-、HCO3-分别对CaCO3、CaSO4垢沉积的影响。当Na2SO4的浓度由0.02 mol/L增加到0.06 mol/L时,CaCO3垢晶核形成速率常数由0.0058 min-1减小为0.0042 min-1;垢晶体长大速率常数由0.0004 min-1缩小到0.0001min-1。而当Na HCO3的浓度由0.04 mol/L增加至0.12 mol/L时,CaSO4垢却不再沉积。（4）共沉积过程中,事先加入的CaSO4颗粒会抑制CaCO3垢晶体的成长过程,但其加入时间,对CaCO3垢晶体的成长基本上无影响;而事先加入的CaCO3颗粒会促进CaSO4晶体生成,且其加入时间越靠近CaSO4晶体的快速成核时期,对CaSO4垢晶体生长影响越大。
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