物理防垢裝置篩選評價試驗

濰坊工程職業學院大慶油田采油二廠

物理防垢裝置篩選評價試驗

竇建芝1齊蕾21濰坊工程職業學院2大慶油田采油二廠

對三元復合驅采出液進行了物理防垢器篩選試驗，對Scalebuster、電子感應水處理器、納米防垢涂層+WorldMagnetic3種物理防垢技術進行防垢性能的評價。采用物理防垢裝置評價體系，在三元復合驅過程中優選出一類防垢率超過60%的物理防垢技術。Scalebuster通過產生靜電作用，能夠吸附水中成垢離子，抑制了成垢離子向垢的轉化，增加其溶解度；電子感應水處理器形成的電磁場能夠產生活性水，增加水的活性，從而提高水的溶解度和滲透力，增加水中成垢離子的含量。WorldMagnetic與納米防垢涂層混合應用在三元防垢體系，由于技術單一性，以及納米涂層受到特定環境條件影響，對于三元水質防垢不適宜。

防垢；篩選；堿；離子；評價；試驗

1 防垢技術分類

目前，油田應用的防垢技術，主要可分為化學法和物理法兩類。化學防垢技術主要采用向管道中添加防垢劑的方式實現加熱爐及管道的防垢，由于受到水質的差異以及藥劑的配伍性的影響，化學防垢措施效果不一。另外此類技術由于運行成本高、維護量大且對后續水質處理產生一定影響，不利于油田中后期的地面應用。物理防垢技術運行成本和后期維護費用較低，有較好的應用前景。在過去的10年中，薩南油田采用了多種物理防垢技術(強磁、電子、合金、超聲波等)，由于受到評價環境及應用方法的約束，技術應用適應性不能得到全面的認識，致使其在實際推廣應用中防垢效果參差不齊。

為實現對多種防垢技術適應性進行評價，建立物理防垢裝置在線實驗平臺，可實現如下功能：①確保物理防垢技術在生產條件下進行適應性檢測；②適應多種物理防垢裝置在相同條件下進行防垢性能檢測對比評價；③根據物理防垢技術機理，重點以水質檢測為主，將加熱濃縮狀態、有效性保留時間、防垢率3項主要指標作為評價重點，而且水質檢測必須在取樣后立即進行，避免規律的“丟失”。

物理防垢裝置在線實驗平臺設計A、B、C、D 4條三元復合驅采出液管路：A管路安裝Scalebuster；B管路安裝鈉米防垢涂層+World Magnetic；C管路安裝電子感應水處理器。對三元復合驅采出液進行物理防垢器篩選試驗，并對Scalebuster（A）、電子感應水處理器（C）、納米防垢涂層+WorldMagnetic（B）3種物理防垢技術進行防垢性能的評價。

2 成垢離子變化及分析

（1）堿度變化。由圖1可見，Scalebuster（A）處理后的水在靜電效果和電化學反應作用下導致電位變化與極化現象，實現總堿度增高。電子感應水處理器（C）產生感應電磁場作用在水體極性水分子上，產生電荷間振動，締合狀的(H2O)n形成單個水分子，最后結合為較穩定的(H2O)2，活性水在提高溶解性的同時增加了體系中堿的含量。

圖1 總堿度趨勢

（2）硅離子變化。Scalebuster處理后的硅離子含量由于堿度的增加而發生改變，當pH值＞10時，硅離子的溶膠—凝膠作用會逐漸減弱，以硅酸根離子形態存在的硅元素會逐漸增加，反映出硅離子溶解度的增強。電子感應水處理器產生的感應電磁場，由于活化水(H2O)2的存在，離子或帶電粒子水化增強，表面水化膜增厚，被束縛于水的偶極子群中，運動的自由行程減小，彼此間碰撞結合成為成垢大粒子的可能性降低，實現硅離子溶解度的提高。

（3）硬度變化。由圖2可見，Scalebuster（A）處理后溶液由于Zn2+的靜電引力對周圍陽離子載體有吸附作用，暫時減少水中形成垢Ca2+、Mg2+，相對溶解度的提高，使硬度測定增高。電子感應水處理器（C）感應電磁場對水有活化作用，活性水能提高成垢離子溶解能力，從而增大了體系中Ca2+、Mg2+含量，硬度隨之升高。

圖2 硬度變化趨勢

（4）其他離子變化。由圖3可見，A、C與D的聚合物含量基本一致，說明防垢儀作用機理不影響聚合物含量，但是可以改變聚合物的物性從而作用于其他離子。表1所列分析項的測定數值比較穩定，說明防垢儀對這些分析項基本不產生影響。

表1 防垢儀未影響的分析項數據

圖3 聚合物變化趨勢

3 加熱濃縮分析

對A、B、C、D4條管路上的采出液進行加熱濃縮，將300mL水樣加熱濃縮至50mL，燒杯中有松軟的大顆粒沉積物，呈絮狀懸浮在燒杯底部；納米涂層+WorldMagnetic燒杯中沉積物呈細小顆粒狀；D管路水樣燒杯中有大量細小、致密沉積物。將處理后水300mL溶液蒸干后，A、C管路水樣濃縮垢呈顆粒狀，比較松散，板結不嚴重；B、D管路水樣垢質致密，板結嚴重。

4 掛片防垢率測定

采用現場掛片法測試防垢率，防垢率測定結果見表2。

表2 物理防垢裝置結垢率與防垢率統計

根據防垢率統計結果，電子感應水處理器的防垢效果要優于Scalebuster的防垢效果。在第一階段進行離子檢測分析，結果表明，Scalebuster處理后的溶液中的硬度和硅離子含量都高于電子感應水處理器，這是由于電子感應水處理器處理后的溶液中產生了粒徑不一的結晶及其與非晶質構成的顆粒，這些顆粒結構松散、不易附著于管壁或器壁，其中部分顆粒無法通過濾紙的過濾。另一方面，Scalebuster處理后溶液中產生Zn2+的析出，由于靜電引力產生離子間吸附作用，不斷形成大的離子載體，其結構較為松散，且垢有著不同的形態，由于管道流速小，因此不斷沉積在金屬表面，但成為大分子聚集體，不再成垢。

5 結語

（1）采用物理防垢裝置評價體系，在三元復合驅，優選出一類防垢率超過60%的物理防垢技術。

（2）Scalebuster通過產生靜電作用，能夠吸附水中成垢離子，抑制了成垢離子向垢的轉化，增加其溶解度；電子感應水處理器形成的電磁場能夠產生活性水，增加水的活性，從而提高水的溶解度和滲透力，增加水中成垢離子的含量。

（3）WorldMagnetic與納米防垢涂層混合應用在三元防垢體系，由于技術單一性，以及納米涂層受到特定環境條件影響，對于三元水質防垢不適宜。

（0536）3272689、jian-zhi-1972@163.com

（欄目主持 楊軍）

10.3969/j.issn.1006-6896.2014.10.020

竇建芝：副教授，1998年7月畢業于聊城師范學院，現為山東省濰坊工程職業學院副教授，主要從事教育教學研究和化工應用技術研究。