濰坊工程職業(yè)學(xué)院大慶油田采油二廠

物理防垢裝置篩選評(píng)價(jià)試驗(yàn)

竇建芝1齊蕾21濰坊工程職業(yè)學(xué)院2大慶油田采油二廠

對(duì)三元復(fù)合驅(qū)采出液進(jìn)行了物理防垢器篩選試驗(yàn)，對(duì)Scalebuster、電子感應(yīng)水處理器、納米防垢涂層+WorldMagnetic3種物理防垢技術(shù)進(jìn)行防垢性能的評(píng)價(jià)。采用物理防垢裝置評(píng)價(jià)體系，在三元復(fù)合驅(qū)過程中優(yōu)選出一類防垢率超過60%的物理防垢技術(shù)。Scalebuster通過產(chǎn)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(zhuǎn)化，增加其溶解度；電子感應(yīng)水處理器形成的電磁場(chǎng)能夠產(chǎn)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(yīng)用在三元防垢體系，由于技術(shù)單一性，以及納米涂層受到特定環(huán)境條件影響，對(duì)于三元水質(zhì)防垢不適宜。

防垢；篩選；堿；離子；評(píng)價(jià)；試驗(yàn)

1 防垢技術(shù)分類

目前，油田應(yīng)用的防垢技術(shù)，主要可分為化學(xué)法和物理法兩類?；瘜W(xué)防垢技術(shù)主要采用向管道中添加防垢劑的方式實(shí)現(xiàn)加熱爐及管道的防垢，由于受到水質(zhì)的差異以及藥劑的配伍性的影響，化學(xué)防垢措施效果不一。另外此類技術(shù)由于運(yùn)行成本高、維護(hù)量大且對(duì)后續(xù)水質(zhì)處理產(chǎn)生一定影響，不利于油田中后期的地面應(yīng)用。物理防垢技術(shù)運(yùn)行成本和后期維護(hù)費(fèi)用較低，有較好的應(yīng)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(shù)(強(qiáng)磁、電子、合金、超聲波等)，由于受到評(píng)價(jià)環(huán)境及應(yīng)用方法的約束，技術(shù)應(yīng)用適應(yīng)性不能得到全面的認(rèn)識(shí)，致使其在實(shí)際推廣應(yīng)用中防垢效果參差不齊。

為實(shí)現(xiàn)對(duì)多種防垢技術(shù)適應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立物理防垢裝置在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)如下功能：①確保物理防垢技術(shù)在生產(chǎn)條件下進(jìn)行適應(yīng)性檢測(cè)；②適應(yīng)多種物理防垢裝置在相同條件下進(jìn)行防垢性能檢測(cè)對(duì)比評(píng)價(jià)；③根據(jù)物理防垢技術(shù)機(jī)理，重點(diǎn)以水質(zhì)檢測(cè)為主，將加熱濃縮狀態(tài)、有效性保留時(shí)間、防垢率3項(xiàng)主要指標(biāo)作為評(píng)價(jià)重點(diǎn)，而且水質(zhì)檢測(cè)必須在取樣后立即進(jìn)行，避免規(guī)律的“丟失”。

物理防垢裝置在線實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)A、B、C、D 4條三元復(fù)合驅(qū)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(yīng)水處理器。對(duì)三元復(fù)合驅(qū)采出液進(jìn)行物理防垢器篩選試驗(yàn)，并對(duì)Scalebuster（A）、電子感應(yīng)水處理器（C）、納米防垢涂層+WorldMagnetic（B）3種物理防垢技術(shù)進(jìn)行防垢性能的評(píng)價(jià)。

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(xué)反應(yīng)作用下導(dǎo)致電位變化與極化現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)總堿度增高。電子感應(yīng)水處理器（C）產(chǎn)生感應(yīng)電磁場(chǎng)作用在水體極性水分子上，產(chǎn)生電荷間振動(dòng)，締合狀的(H2O)n形成單個(gè)水分子，最后結(jié)合為較穩(wěn)定的(H2O)2，活性水在提高溶解性的同時(shí)增加了體系中堿的含量。

圖1 總堿度趨勢(shì)

（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(fā)生改變，當(dāng)pH值＞10時(shí)，硅離子的溶膠—凝膠作用會(huì)逐漸減弱，以硅酸根離子形態(tài)存在的硅元素會(huì)逐漸增加，反映出硅離子溶解度的增強(qiáng)。電子感應(yīng)水處理器產(chǎn)生的感應(yīng)電磁場(chǎng)，由于活化水(H2O)2的存在，離子或帶電粒子水化增強(qiáng)，表面水化膜增厚，被束縛于水的偶極子群中，運(yùn)動(dòng)的自由行程減小，彼此間碰撞結(jié)合成為成垢大粒子的可能性降低，實(shí)現(xiàn)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(duì)周圍陽(yáng)離子載體有吸附作用，暫時(shí)減少水中形成垢Ca2+、Mg2+，相對(duì)溶解度的提高，使硬度測(cè)定增高。電子感應(yīng)水處理器（C）感應(yīng)電磁場(chǎng)對(duì)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(shì)

（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(jī)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(xiàng)的測(cè)定數(shù)值比較穩(wěn)定，說明防垢儀對(duì)這些分析項(xiàng)基本不產(chǎn)生影響。

表1 防垢儀未影響的分析項(xiàng)數(shù)據(jù)

圖3 聚合物變化趨勢(shì)

3 加熱濃縮分析

對(duì)A、B、C、D4條管路上的采出液進(jìn)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(xì)小顆粒狀；D管路水樣燒杯中有大量細(xì)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(jié)不嚴(yán)重；B、D管路水樣垢質(zhì)致密，板結(jié)嚴(yán)重。

4 掛片防垢率測(cè)定

采用現(xiàn)場(chǎng)掛片法測(cè)試防垢率，防垢率測(cè)定結(jié)果見表2。

表2 物理防垢裝置結(jié)垢率與防垢率統(tǒng)計(jì)

根據(jù)防垢率統(tǒng)計(jì)結(jié)果，電子感應(yīng)水處理器的防垢效果要優(yōu)于Scalebuster的防垢效果。在第一階段進(jìn)行離子檢測(cè)分析，結(jié)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(yīng)水處理器，這是由于電子感應(yīng)水處理器處理后的溶液中產(chǎn)生了粒徑不一的結(jié)晶及其與非晶質(zhì)構(gòu)成的顆粒，這些顆粒結(jié)構(gòu)松散、不易附著于管壁或器壁，其中部分顆粒無(wú)法通過濾紙的過濾。另一方面，Scalebuster處理后溶液中產(chǎn)生Zn2+的析出，由于靜電引力產(chǎn)生離子間吸附作用，不斷形成大的離子載體，其結(jié)構(gòu)較為松散，且垢有著不同的形態(tài)，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(jié)語(yǔ)

（1）采用物理防垢裝置評(píng)價(jià)體系，在三元復(fù)合驅(qū)，優(yōu)選出一類防垢率超過60%的物理防垢技術(shù)。

（2）Scalebuster通過產(chǎn)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(zhuǎn)化，增加其溶解度；電子感應(yīng)水處理器形成的電磁場(chǎng)能夠產(chǎn)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(yīng)用在三元防垢體系，由于技術(shù)單一性，以及納米涂層受到特定環(huán)境條件影響，對(duì)于三元水質(zhì)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(yè)于聊城師范學(xué)院，現(xiàn)為山東省濰坊工程職業(yè)學(xué)院副教授，主要從事教育教學(xué)研究和化工應(yīng)用技術(shù)研究。