由于我国很多油田相继进入高含水期,导致集输管道结垢问题日益突出。污垢的生成对管道高效正常运行造成严重影响,导致管道流通面积减小、压降增大,甚至管道腐蚀穿孔,严重时因沉积物堵塞管道而使油井停产。本文通过实验环道、显微拍摄、扫描电镜和摩擦磨损试验仪等方法,对不同材料表面初始沉积时刻碳酸钙污垢的成分、形貌、尺寸、附着强度和动态生长过程进行研究。完成了污垢动态生长实验装置的设计与制造,该装置可以同时获得相同实验条件下多种材料表面完整污垢样本,提高实验效率。对污垢宏观结垢特性进行研究,获得了单位面积污垢沉积质量和覆盖率随时间的变化情况,反映了不同材料表面污垢的动态生长过程;使用摩擦磨损试验仪对不同材料表面成层污垢不同径向位置的附着强度进行定量表征。从机理上揭示了三种材料表面宏观结垢特性差异的原因。对污垢微观结垢特性进行研究,分析初始沉积时刻污垢的成分、形貌、尺寸,提出基于微观照片分形维数对晶体微观形貌结构定量表征的方法,保证宏观结垢特性和微观形貌结构数据来源的独立性;利用统计分析方法消除了取样随机性,证明来自样本不同视域的取样结果具有一致性。建立宏观结垢特性与污垢微观形貌结构之间的关系,从几何尺度角度对不同材料表面污垢宏观结垢特性的差异进行解释分析。