水質(zhì)結(jié)垢的化學(xué)因素分析

田嘉琛

摘 要：注入水的水質(zhì)變化以及不同井段的油、套管間污水水質(zhì)成分，是造成部分油井水質(zhì)結(jié)垢的主要原因。文章運(yùn)用相關(guān)的化學(xué)基本原理、結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)、垢樣分析等確定結(jié)垢的影響因素，以期為改善水質(zhì)、減緩結(jié)垢提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)；結(jié)垢；腐蝕

勝利油田自60年代開(kāi)發(fā)至今，已有半個(gè)多世紀(jì)的歷史，目前注水井多，能正常注水的井占相當(dāng)?shù)谋壤揖C合含水高。作者在2014年高考結(jié)束并被西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)錄取后，到一家油田單位實(shí)習(xí)并在師傅的指導(dǎo)下，通過(guò)對(duì)近期作業(yè)油水井的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)油管內(nèi)外壁結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重，且有垢下腐蝕。

1 沿線水質(zhì)分析

該座污水站始建于1990年，采用斜板除油加過(guò)濾流程，污水處理能力為1.1×104m3/d，并在2007年5月改造完畢，采用預(yù)氧化污水處理綜合技術(shù)，水質(zhì)可達(dá)到B2級(jí)。改造后污水處理主要流程是油站來(lái)水→電化學(xué)預(yù)氧化→1次除油罐→混合反應(yīng)器→混凝沉降罐→緩沖罐→污水提升泵→陶瓷濾料過(guò)濾器→1注，沿程水質(zhì)的情況如下：

預(yù)氧化前：溫度52℃、pH值6.7、溶解氧<0.01mg/L、總鐵18.4mg/L、SRB為2.5個(gè)/mL、含油182mg/L、懸浮物13mg/L、Cl-為23057mg/L、HCO3-為508mg/L、Ca2+為1585mg/L、Mg2+為240mg/L、Na++K+為12877mg/L、礦化度38268mg/L、水型CaCl2。

預(yù)氧化后：溫度52℃、pH值6.78、溶解氧<0.01mg/L、總鐵7.1mg/L、含油3mg/L、懸浮物8mg/L、Cl-為21121mg/L、HCO3-為726mg/L、Ca2+為1545mg/L、Mg2+為264mg/L、Na++K+為11703mg/L、礦化度35361mg/L、游離CO2為58mg/L、水型CaCl2。

注水站：溫度54℃、pH值6.55、溶解氧<0.01mg/L、總鐵10.7mg/L、含油60mg/L、懸浮物3.89mg/L、Cl-為22881mg/L、HCO3-為654mg/L、Ca2+為1466mg/L、Mg2+為288mg/L、Na++K+為12863mg/L、礦化度38153mg/L、游離CO2為55mg/L、水型CaCl2。

配水間：溫度50℃、pH值6.38、溶解氧<0.03mg/L、總鐵10.4mg/L、含油25mg/L、懸浮物5.13mg/L、Cl-為22881mg/L、HCO3-為617mg/L、Ca2+為1347mg/L、Mg2+為385mg/L、Na++K+為12804mg/L、礦化度38035mg/L、游離CO2為45mg/L、水型CaCl2。

注水井口：溫度48℃、pH值6.49、總鐵14.2mg/L、含油2.5mg/L、懸浮物6.26mg/L、Cl-為22881mg/L、HCO3-為581mg/L、Ca2+為1823mg/L、Mg2+為409mg/L、Na++K+為12199mg/L、礦化度37893mg/L、游離CO2為38mg/L、水型CaCl2。

從上述數(shù)據(jù)看：預(yù)氧化前、后離子濃度變化不大，沿線礦化度高、懸浮物含量高，CO2含量呈降低趨勢(shì)，總鐵含量高且呈升高趨勢(shì)，這些因素都對(duì)管線的結(jié)垢腐蝕有影響。

根據(jù)水質(zhì)分析情況，按照SY/T0600-1997《油田水結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)》，對(duì)沿線的結(jié)垢趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，從下面可看出沿線水質(zhì)無(wú)硫酸垢結(jié)垢趨勢(shì)，但有嚴(yán)重的碳酸鹽結(jié)垢趨勢(shì)。

預(yù)氧化前：pH=6.7，K=2.43，μ=0.35，pAlK=1.96，pCa=1.43，50℃ 碳酸鈣結(jié)垢趨勢(shì)（SI=1.65、SAI=5.12、有趨勢(shì)預(yù)測(cè)），50℃硫酸鹽結(jié)垢趨勢(shì)（X=35.92、K=8×10-4，S=0.0437，無(wú)趨勢(shì)預(yù)測(cè)）。

預(yù)氧化后：pH=6.8，K=2.48，μ=0.38，pAlK=1.92，pCa=1.41，50℃ 碳酸鈣結(jié)垢趨勢(shì)（SI=0.96，SAI=4.86，結(jié)垢嚴(yán)重），50℃硫酸鹽結(jié)垢趨勢(shì)（X=38.63，K=9×10-4，S=0.0466，無(wú)趨勢(shì)預(yù)測(cè)）。

注水站：pH=6.6，K=2.45，μ=0.35，pAlK=1.97，pCa=1.44，50℃碳酸鈣結(jié)垢趨勢(shì)（SI=0.69，SAI=5.16，有趨勢(shì)預(yù)測(cè)），50℃硫酸鹽結(jié)垢趨勢(shì)（X=36.65，K=8×10-4，S=0.0437，無(wú)趨勢(shì)預(yù)測(cè)）。

配水間：pH=6.4，K=2.45，μ=0.35，pAlK=2，pCa=1.47，50℃碳酸鈣結(jié)垢趨勢(shì)（SI=0.46，SAI=5.46，有趨勢(shì)預(yù)測(cè)），50℃硫酸鹽結(jié)垢趨勢(shì)（X=33.68，K=8×10-4，S=0.0475，無(wú)趨勢(shì)預(yù)測(cè)）。

注水井口：pH=6.5，K=2.45，μ=0.35，pAlK=2.02，pCa=1.34，50℃碳酸鈣結(jié)垢趨勢(shì)（SI=0.68，SAI=5.13，有趨勢(shì)預(yù)測(cè)），50℃硫酸鹽結(jié)垢趨勢(shì)（X=45.58、K=8×10-4、S=0.0351、無(wú)趨勢(shì)預(yù)測(cè)）。

2 影響因素分析

2.1 腐蝕對(duì)結(jié)垢的影響

油田污水的腐蝕和結(jié)垢是一種互為促進(jìn)的關(guān)系，由于腐蝕反應(yīng)的發(fā)生，會(huì)消耗污水中的H+，導(dǎo)致HCO3-的電離平衡反應(yīng)不斷向右移動(dòng)，在不斷提供H+的同時(shí)，也增加了污水中CO32-濃度，這就打破了Ca2+和CO32-原有的平衡，即生成CaCO3垢，因此腐蝕可以促進(jìn)結(jié)垢；反過(guò)來(lái)，結(jié)垢反應(yīng)的發(fā)生會(huì)降低溶液中CO32-濃度，導(dǎo)致電離平衡反應(yīng)不斷增加污水中H+濃度，促進(jìn)腐蝕反應(yīng)的發(fā)生，所以結(jié)垢也可以促進(jìn)腐蝕。

2.2 pH值對(duì)結(jié)垢的影響

體系的pH值對(duì)垢的形成有很大影響，一般pH值升高結(jié)垢趨勢(shì)增強(qiáng)，pH值降低結(jié)垢趨勢(shì)減弱。當(dāng)注入水pH值較高時(shí)，促使HCO3-離解成H+和CO32-，使CO32-濃度增加，促使碳酸鈣沉淀的生成，PH值較低時(shí)，則碳酸鈣不宜產(chǎn)生。從回注水中pH值6.4-6.8可知，這是易產(chǎn)生碳酸鈣沉淀垢的原因之一。

2.3 游離CO2對(duì)結(jié)垢的影響

據(jù)查，現(xiàn)場(chǎng)沿程管線內(nèi)游離CO2逐漸較少，說(shuō)明流動(dòng)過(guò)程中CO2由游離狀態(tài)變?yōu)槿芙鉅顟B(tài)，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)镠CO3-、CO32-，在pH值為7左右時(shí)容易產(chǎn)生CaCO3、FeCO3污垢堵塞地層。

2.4 壓力對(duì)結(jié)垢的影響

壓力包括總壓力和水中易揮發(fā)組分的分壓，壓力對(duì)硫酸鹽垢影響不大，主要是影響碳酸鹽垢。一般來(lái)講，結(jié)垢量隨壓力的增大而逐漸減小，CO2的分壓增加時(shí)CaCO3的溶解度增大；CO2分壓降低時(shí)容易結(jié)垢，這主要是垢樣成分CaCO3生成依賴的電離平衡為2HCO3-、CO32-+CO2+H2O，壓力增大將減少CO2氣體的生成，使電離平衡向左移動(dòng)，減少CaCO3的生成，減小結(jié)垢趨勢(shì)。生產(chǎn)過(guò)程中的產(chǎn)出液在流出地層時(shí)壓力突然降低，導(dǎo)致CO2分壓下降，水中CO2逸出，打破了水中的Ca2+、Mg2+、SO42-、HCO3-離子之間的平衡，垢晶析出、沉積，這是油井炮眼部位、篩管、抽油泵以及泵上幾十米管柱嚴(yán)重結(jié)垢的主因。

2.5 其它因素

溫度、離子濃度以及流速、流向的突然改變，也會(huì)導(dǎo)致結(jié)垢的加劇。

3 結(jié)論與對(duì)策

3.1 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)廣利沿線的水質(zhì)分析、結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)垢樣分析，確定勝利油田主要是碳酸鹽垢。

（2）腐蝕、PH值、CO2含量、壓力、溫度、離子濃度等都是結(jié)垢的重要影響因素。

3.2 對(duì)策

（1）進(jìn)行防垢，主要是盡量控制污水處理系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，在盡量降低回注水中加入適宜的防垢劑。

（2）針對(duì)已經(jīng)形成的垢，影響因素較多，建議改進(jìn)預(yù)氧化，建立結(jié)垢監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以便發(fā)現(xiàn)結(jié)垢問(wèn)題，并及時(shí)采取除垢措施。

參考文獻(xiàn)

[1]SY/T0600-1997 油田水結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)[S].