三元复合驱体系所含的强碱与地层流体作用形成的无机盐在采油设备表面的沉积,以及无机盐与三元复合液中的有机物及地层细菌的交互作用,在井下高温下产生的硬污垢,是影响机采螺杆泵正常工作,增加采油生产成本的重要因素。现有的三元复合驱体系油田结垢的研究,多局限于从溶液中溶质的溶解度随温度、压力等条件变化的角度分析金属表面污垢的形成与沉积,对污垢与金属表面的结合机理以及不同表面处理方式对螺杆泵转子结垢的影响均缺少深入的研究。本文采用等离子喷涂、化学镀和电镀的方法制备了螺杆泵转子不同表面结构的涂层,通过接触角测试、表面微观形貌观察、显微硬度测试以及Owens二液法计算表面能表征不同涂层的表面性能,并将不同表面的涂层进行模拟三元复合驱实验和现场试验测试表面的抗结垢性能以及采用SEM、EDS、XRD等方法分析不同表面上污垢的成分。在此基础上,从固体表面性能在污垢形成过程中的作用出发分析了三元复合驱油田设备表面污垢的形成机制及其影响因素,进而探讨了涂层防垢技术的机理。得出如下结论：(1)三元复合驱环境中钻采设备表面污垢以钙垢为主,另还含有钡、硅垢等。钻采设备表面硬污垢的形成分为四个过程,结垢表面宏微观的不同微细结构影响污垢颗粒在设备表面沉积的各个过程,特别是对污垢的沉积和吸附两阶段起着重要的作用。(2)润湿角测量的结果表明,在蒸馏水中,等离子喷涂陶瓷涂层表面的接触角较金属表面接触角大。纳米掺杂(15%)AT13涂层表面上的接触角达到96.5。,表明涂层表面已有疏水的性能,水基溶液更难润湿陶瓷涂层表面。相对于陶瓷涂层表面,金属表面具有更大的极性力分量,对极性溶液的界面张力更小,对污垢的沉积和吸附更有利。(3)等离子喷涂陶瓷涂层表面存在微细结构,且不同陶瓷涂层的表面微细结构差异明显,特别是纳米掺杂涂层表面存在纳微米二级微观结构,大大提高了表面的疏水性能。各种表面涂层的显微硬度均高于基体45#钢,这有益于进一步提高转子表面的耐磨性。(4)等离子喷涂陶瓷涂层、Ni-Fe-P和电镀镀层结垢实验后表面污垢的XRD分析结果表明,表面不影响形成污垢的晶型,但是,不同表面的不同微细结构影响污垢晶体的结晶程度和污垢晶粒与表面间的结合力。纳米掺杂(15%)AT13涂层表面污垢疏松多孔易剥落,防垢性能最好,且纳米掺杂涂层表面污垢结晶较差。(5)纳米掺杂(15%)AT13涂层将提高转子表面的耐磨性和抗结垢性能,将大大提高螺杆泵的工作效率和使用寿命,对于螺杆泵和三元复合驱体系在油田的推广应用具有重要的意义。