这些因素都将导致垢层内聚力下降，混合 结晶形成的垢层比较疏松，对水的流速变化 和阻垢处理都比较敏感，垢层达到一定厚度 就不再继续增长第。10章油田水防垢技术
沉降作用
水中悬浮的粒子，如铁锈、砂土、粘土、 泥渣等将同时受到沉降力和切力的作用。
沉降力促使粒子下沉，沉降力包括粒子本 身的重力、表面对粒子的吸力和范德华力， 以及因表面粗糙等引起的物理作用力等。
第10章
油田污水防垢技术
Scale Control Technique for Wastewater in Oilfield
第10章油田水防垢技术
本章主要内容
☆ 油田污水结垢原理 ☆ 油田污水中的垢种类 ☆ 结垢趋势的预测方法 ☆ 油田污水防止结垢的方法 ☆ 阻垢剂的类型及其阻垢机理 ☆ 物理清防垢技术
第10章油田水防垢技术
给水管道等部位出于铁细菌繁殖使污泥中包 含有腐蚀产物氢氧化铁而呈棕红色；
有些设备的滞流区由于污泥中含有分解的有 机物或硫化物而呈黑色。
微生物的新陈代谢使微生物粘泥具有一层粘 液外壳，悬浮在水中的泥沙、有机物和腐蚀产 物都可能被粘附在粘泥表面，从而增加了污泥 的沉积。
很多微生物在高温条件下会死亡，但是它们 的残骸仍然会粘附在金属表面而形成污泥沉积。
当水中含有油污或烃类有机物时，有机物的
分解，氧化或聚合作用形成的产物往往具有
剪应力也称为切力，是水流使粒子脱离表 面的力。如果沉降力大，则粒子容易沉积； 如果剪应力大于水垢和污泥本身的结合强度， 则粒子被分散在水第10中章油田。水防垢技术
沉降作用
杂质的粘结作用或水垢析出时的共同沉淀 作用都会增加粒子的沉降力而使粒子加速沉积。
在水的流动部位，被沉积的污泥和析出的 结晶叠加在一起形成的垢层一般不会连续增长。
在水的滞流区，由于剪应力很小甚至接近
于零，水垢和污泥则主要在这些区域积聚，在
滞流区积聚的水垢和污泥仅依靠化学药剂是很
难去除的。
第10章油田水防垢技术
沉降作用
水中微生物的生长和繁殖将会加速结晶和沉的表面 将会催化结晶和沉降作用。
较高的温度则往往会使某些已经沉积的污垢 形态变得难于清除。
第10章油田水防垢技术
水垢一般都是具有反常溶解度的难溶或 微溶盐类，具有固定晶格，单质水垢较坚 硬致密。
常见水垢：碳酸钙、硫酸钙(石膏或硬石 膏)、硫酸钡、硫酸锶，镁盐，氧化铁等。
水垢的生成主要决定于盐类是否过饱和 以及盐类结晶的生长过程。
第10章油田水防垢技术
10.1.2 影响油田油井及地面处理设备结垢的因素
第10章油田水防垢技术
10.1 油田污水的结垢原理
10.1.1 结垢概述 结垢是油田污水水质控制中遇到的最严
重问题之一 。 结垢发生部位（管线、井筒、地层）
结垢的危害：
水垢是热的不良导体，水垢的形成大大降低传热 效果；
水垢的沉积会引起设备和管道的局部腐蚀，在短 期内穿孔而破坏；
水垢降低水流截面积，增加水流阻力和输送能量， 增加清洗费用和停第产10章检油田修水防时垢技间术 。
一旦结晶析出，形成晶体的晶格很规则， 排列整齐，晶体间的内聚力以及晶体与金属 表面间的粘着力都很强，所以形成的垢层比 较结实而且是连续增长的。
第10章油田水防垢技术
• 结晶作用
例如碳酸钙是具有离子晶格的盐，Ca2+上带有部分 正电荷；CO32-上带有部分负电荷，只有当碳酸钙晶 体带有部分正电荷的Ca2+和另一个碳酸钙晶体带有部 分负电荷的CO32-碰撞，才能彼此结合，因此碳酸钙 垢是按一定的方向，具有严格次序排列的硬垢。
在油田污水中，水垢的形成过程往往是一个混合 结晶过程。水中的悬浮粒子可以成为晶种，粗糙的表 面或其它杂质离子都能强烈地催化结晶过程，使得溶 液在较低的过饱和度下就会析出结晶。悬浮粒子和析 出的晶体共同沉淀，使晶格中含有一定数量的杂质。
第10章油田水防垢技术
• 结晶作用
油田污水中往往有几种盐类同时结晶，形 成的晶体群的晶格排列将是无规则和不整齐 的，在晶格中间会出现很多空隙，悬浮物质 会在空隙内沉积。
换句话说，一种小颗粒是未饱和的溶液，对较大的颗粒来说 则已是饱和溶液了。 在竞相生长过程中较大颗粒的成长是通过牺牲小颗粒来实现的。 一般而言当粒子直径大于10微米后，其溶解度实际上就恒定了。
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• 结晶作用
研究微溶盐类的结晶过程表明，在没有杂 质的单一盐类和碳酸钙或硫酸钙的过饱和溶 液中，可以达到很高的过饱和程度而没有结 晶析出。
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10.1.2 影响油田油井及地面处理设备结垢的因素
在油井开采过程中，压力逐渐降低，油田污水中的 Ca(HCO3)2就会不断被分解。
如果是在密闭系统，CO2不易扩散逸出， Ca(HCO3)2 在水中仍然处于稳定状态，一般不会产生CaCO3垢，但 在油井中的抽油泵，由于抽吸作用造成脱气现象，因此 在油井的泵筒内会发现CaCO3垢。
一个重要的因素是油田污水成分及类型。
当油田污水中含有高浓度的碳酸盐、硫酸盐、 氯化物和钡盐时，油田污水就有了形成碳酸钙、 硫酸钙和硫酸钡水垢的基本化学条件，只要环境 条件发生变化，打破了原来油层水中溶解物质的 平衡状态，就有可能形成水垢。
eg.1 含有高浓度碳酸氢钙的油田污水，在压力 降低和温度升高时，碳酸氢钙会分解成二氧化碳 和析出碳酸钙。
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10.1.3 水垢和污泥的形成过程和机理
结晶和沉降是形成水垢和污泥的主要过程。
过饱和浓度→晶核形成→晶格生长→较大的颗粒又 可进一步聚集，最后发生称之为奥斯特华的熟成竞 争成长过程。
所谓熟成竞争成长是大小不同的颗粒间相互生长的竞争。 由于小颗粒的比表面大，能量高，相对地比大颗粒更易溶解，
从油井中采出的液体首先到转油站加温，由于CO2很 快逸散，换热器上也会第产10章生油田严水防重垢技的术 CaCO3垢。
• 油田污水的沉积物除了水垢外，还有有机 物质(油、细菌，有机残渣)、淤泥及粘土 (砂子、泥浆)等形成的污泥。
• 污泥是表面具有滑腻感的粘胶状物体，往 往是亲水性的，它们能形成体积庞大的湿 而软的片状物。污泥中含有各种无机盐类 和微生物。