采出水中CaCO3/CaSO4垢共沉积作用机制研究
我国大部分油田已进入中后期开发阶段，注水开发已成为提高油井产量的重要技术。因注入水水质稳定性、与地层水配伍性较差等引起的结垢问题造成了集输管线堵塞、垢下腐蚀加剧，甚至会对储层造成伤害，严重影响油田正常生产，加大了油气田生产成本。经调研，陕北某地区采出水结垢的主要成分为CaCO3和CaSO4，并多以混合垢形式存在。研究发现，混合垢的强度及韧度与单一垢有较明显差别，且多种离子共存会影响垢沉积的热力学和动力学行为。在结垢研究方面，对单一垢沉积过程及阻垢、防垢研究关注较多，而对混合垢的沉积过程报道相对较少。为了建立有针对性的阻垢防垢措施，研究采出水中垢共沉积作用机制尤为重要。 本文以陕北油气田采出水及回注水为研究对象，在室内配置模拟水，通过垢沉积过程中电导率、pH、晶体形貌变化，研究了单一CaCO3垢、CaSO4垢的沉积过程;通过测定电导率值的变化，研究成垢离子浓度、温度、矿化度、悬浮物浓度、转速等对单一垢沉积过程的影响;通过电导率、pH值、晶体形貌及晶体结构变化，分析对比单一CaCO3垢、CaSO4垢及其混合垢沉积过程的差异;通过电导率值变化，研究CaCO3垢、CaSO4垢共沉积时的竞争及诱导关系。实验结果表明: (1) CaCO3成垢速度快、诱导期不易观察，成核、晶体成长阶段的速率常数分别为0.0027 min-1、0.0005 min-1; CaSO4垢结垢诱导期为5.00 min，成核、晶体成长阶段的速率常数分别为0.0027 min-1、0.0003 min-1。成垢离子浓度增大，CaCO3、 CaSO4结垢速率随之增大，且阴离子浓度增大对垢的生成速率影响较大;溶液盐浓度增大，上述垢的结垢速率减慢;悬浮物含量、转速增大且温度升高，均有利于垢晶体生成。 (2)共沉积过程中，CaSO4与CaCO3晶体会交织形成混合晶体，其强度较纯CaSO4垢强、较纯CaCO3垢弱，共沉积时的结垢速率均低于纯物质沉积时的情况;且CaSO4垢在共沉积及纯物质沉积时均为石膏形式;而CaCO3垢在纯物质沉积时为稳定的方解石结构，而当发生共沉积时，部分晶体呈现球形球霰石形态。 (3)在HCO3-、SO42-与Ca2+反应时，HCO3-与SO42-会相互竞争并干扰垢晶体的界面生长过程，其中SO42-仅在一定限度内对CaCO3的沉积产生影响，而HCO3-对CaSO4垢沉积的影响却十分显著。向等Ca2+离子浓度的单一CaCO3、 CaSO4垢沉积的混合溶液中，分别加入Na2SO4、 NaHCO3固体颗粒，分析SO42-、HCO3-分别对CaCO3、CaSO4垢沉积的影响。当Na2SO4的浓度由0.02 mol/L增加到0.06 mol/L时，CaCO3垢晶核形成速率常数由0.0058 min-1减小为0.0042 min-1;垢晶体长大速率常数由0.0004 min-1缩小到0.0001min-1。而当NaHCO3的浓度由0.04 mol/L增加至0.12 mol/L时，CaSO4垢却不再沉积。 (4)共沉积过程中，事先加入的CaSO4颗粒会抑制CaCO3垢晶体的成长过程，但其加入时间，对CaCO3垢晶体的成长基本上无影响;而事先加入的CaCO3颗粒会促进CaSO4晶体生成，且其加入时间越靠近CaSO4晶体的快速成核时期，对CaSO4垢晶体生长影响越大。
油气田采出水;碳酸钙;硫酸钙;混合垢;共沉积
西安石油大学
硕士
化学工艺
屈撑囤
2022
中文
TE45
2023-05-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）