成垢離子對油田采出水水質穩(wěn)定程度影響研究

曲 虎，劉 靜，王鶴松，王 蕭，徐慧英，朱海云

（中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司， 河北 任丘 062552）

成垢離子對油田采出水水質穩(wěn)定程度影響研究

曲 虎，劉 靜，王鶴松，王 蕭，徐慧英，朱海云

（中國石油集團工程設計有限責任公司華北分公司， 河北 任丘 062552）

、Ca2+、Mg2+是油田采出水中成垢的主要離子，通過考察水中、Ca2+、Mg2+與水中懸浮物含量變化的關系來研究、Ca2+、Mg2+三種離子的成垢規(guī)律及結垢對水中懸浮物的影響。結果表明和Ca2+、Mg2+反應生成CaCO3和MgCO3是成垢的主要原因，其中起主要作用的是Ca2+；水質改性技術可以降低采出水中的或Ca2+、Mg2+含量，達到防腐、阻垢、凈化水質的效果。

結垢；離子；懸浮物；采出水；水質改性

-、Ca2+、Mg2+含量較高的油田采出水的處理工藝。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器及藥品

電子天平、恒溫槽、燒杯、移液管、量筒、氫氧化鈉、碳酸氫鈉、氯化鎂、氯化鈣、酚酞、甲基橙、蒸餾水等。

1.2 實驗方案

2 實驗步驟及結果討論

2.1 固定量HCO3-，不同量Ca2+、Mg2+對水質影響

取一定量蒸餾水，投加HCO3-含量為700 mg/L，將10個水樣分別加入不同量的Ca2+、Mg2+分別為：0+0、40+10、120+30、300+50、550+100、900+100、1300+200、2200+300、3000+500、4000+500 mg/L，將水樣搖勻后放入40 ℃恒溫水浴中6 h，然后檢測懸浮物和HCO3-、Ca2+、Mg2+的含量，得到表1和圖1結果。

表1 試驗中Ca2+、Mg2+的減少量Table 1 The decrease of calcium ion and magnesium ion

圖1 HCO3-和懸浮物與Ca2+含量的關系Fig.1 Relation of bicarbonate ion, suspended substance and calcium ion

由上述圖1和表1可看出，隨著水中Ca2+、Mg2+含量的增加，水中HCO3-含量逐漸下降，Ca2+、Mg2+含量也較投加量下降，這是由于HCO3-和Ca2+、Mg2+反應生成Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2，而后又水解成不溶于水的CaCO3和MgCO3的沉淀的原因［3］。

隨著水中Ca2+含量的增加，及水中HCO3-含量逐漸下降，水中懸浮物逐漸增加，水樣中形成大量的白色沉淀，并有一層白色水垢產生，說明在其他條件一定下，隨著 Ca2+、Mg2+含量的增加，水樣結垢趨勢增加，水質變差，由圖1可知，當水中HCO-3含量在700 mg/L時，Ca2+、Mg2+含量小于150+30 mg/L時生成沉淀對水質影響較小，水質較穩(wěn)定。

（1）病毒學指標：大多數患者抗病毒治療后血漿病毒載量4周內應下降1個log以上，在治療后的3～6個月病毒載量應達到檢測不到的水平。

除此之外，在實驗前后Ca2+的減少量比Mg2+的減少量大的多，見表 1。這是因為由碳酸鈣和碳酸鎂的溶解平衡：

但是碳酸鎂的溶解度大于碳酸鈣［4］，因此對于大多數既含有碳酸鎂又含有碳酸鈣的水來說，首先會形成碳酸鈣沉淀，除非影響溶解度減小的條件劇烈的變化，否則碳酸鎂沉淀未必會形成。

2.2 固定量Ca2+、Mg2+，不同量對水質影響

取一定量蒸餾水，投加Ca2+、Mg2+含量為1 000、200 mg/L；將10個水樣分別加入HCO3-含量分別為：0、50、200、400、600、800、1 000、2 000、3 000 、4 000 mg/L，將水樣搖勻后放入40 ℃恒溫水浴中6 h，然后檢測懸浮物和 HCO3-、Ca2+、Mg2+的含量，

圖2 Ca2+/Mg2+/懸浮物含量和HCO3-的關系Fig.2 Relation of calcium ion/magnesium ion/ suspended substance and bicarbonate ion

得到圖2的結果。隨著HCO3-含量的增加，原水樣中 Ca2+含量逐漸下降，降低幅度逐漸增加，Mg2+的含量基本不變，這是由于HCO3-和Ca2+反應生成CaCO3沉淀的原因。隨著HCO3-含量的增加及Ca2+含量逐漸下降，水中懸浮物的含量逐漸增加，水中生成大量的白色沉淀，放置水樣的瓶壁上有一層白色水垢產生，這說明在其他條件一點的情況下，隨著水中 HCO3-含量的增加，水樣的結構趨勢增加，水樣中懸浮物含量增加，水質變差。

由圖可得，當水中Ca2+含量為1 000 mg/L時，HCO3

-含量小于300 mg/L時，生成沉淀對水質影響較小，水質較穩(wěn)定。

3 結 論

（1）通過以上研究可得，Ca2+對水質的影響比Mg2+對水質的影響大。而且當水中 HCO3-含量較高時，水中Ca2+、Mg2+含量較低，水中Ca2+、Mg2+含量較高時，HCO3-含量較低，二者不能大量共存。這是由于 HCO3-和 Ca2+、Mg2+反應生成不溶于水的CaCO3和微溶于水的MgCO3的原因。

（2）當水中含有大量的Ca2+、Mg2+或HCO3-時，向水中加入HCO3-、堿性物質（如氫氧化鈉）或Ca2+、，則原有水質平衡打破，產生不溶于水的 CaCO3、Mg(OH)2沉淀。

水質改性技術[5]就是基于這種原理，針對油田采出水的不穩(wěn)定性，向采出水中加入以OH-為主要成分的三組分離子調和劑（即石灰乳、絮凝劑及水質穩(wěn)定劑），使原水由弱酸性或中性變?yōu)閴A性，從而降低采出水中的HCO3-或Ca2+、Mg2+含量，達到防腐、阻垢、凈化水質的效果。

［1］陸柱,鄭士忠,等. 油田水處理技術[M].北京:北京石油工業(yè)出版社, 2006:145-147．

［2］唐受印,戴友之,等. 廢水處理工程[M].北京:化學工業(yè)出版社, 2004:193-198.

［3］ Ostroff A. G, Anton Gene. Introduction to oilfield water technology[M]. Englewood Cliffs, N.J. : Prentice-Hall. 1965:98 -100．

［4］Helen E. Muga, James R. Mihelcic. Sustainability of wastewater treatment technologies [J]. Environmental Management, 2007, 88 (2008): 437-447.

［5］紀云嶺, 張愛社,等. 中原油田注水水質改性技術[J]. 油田化學, 2003, 20(1): 13-16．

Research on Influence of Scale Forming Ions on the Stability of Oilfield Produced Water Quality

QU Hu，LIU Jing，WANG He-song，WANG Xiao，XV Hui-ying，ZHU Hai-yun
（China Petroleum Engineering Co.,Ltd. Huabei Company, Hebei Renqiu 062552，China）

Bicarbonate ion, calcium ion and magnesium ion are primary ions for scale formation. In this paper, the relationship between content change of bicarbonate ion, calcium ios, magnesium ion and suspended substance was investigated to study the scale formation regulation of these ions and the influence of scale formation on suspended substance. The results show that calcium carbonate and magnesium carbonate generated by reaction between calcium ion, magnesium ion and bicarbonate ions are the main reason of scale formation, and the calcium ions play a major role; The content of bicarbonate ion, calcium ion and magnesium ion can be reduced by water quality modification technology, which can play the role of corrosion prevention, scale prevention and water purification.

Scale formation; Ions; Suspended substance; Produced water; Water quality modification

X 131.2

A

1671-0460（2015）08-1778-02

華北油田基金項目，項目號：HBYT-2013-JS-333。

2014-12-25

曲虎（1986-），男，工程師，碩士研究生，2012年畢業(yè)于中國石油大學（華東）化學工程與技術專業(yè)，研究方向：主要從事油氣田地面工程方面的設計與研究。E-mail：qh915gf1@163.com。