盐矿井卤水结垢趋势预测及管道防垢研究

摘要

本文针对江苏油田的管道输送卤水和江汉油田的管道注水中各种构晶离子和物质特点,系统研究了各自的结垢趋势,并据此探讨了上述两油田不同结垢类型的水体各自的阻垢措施和条件,为其管道的防垢技术提供技术依据。该研究成果不仅对江苏油田及江汉油田的注、采卤系统的防垢技术具有重要应用价值,对其它类似的生产系统的除垢、防垢也具有极其重要的参考价值。
　　 采用XRD衍射及X-荧光等现代仪器对江汉油田和江苏油田输卤管道中的垢样进行分析得出结垢的主要成分分别为江汉油田注水管道为碳酸盐、食盐、硫酸盐和硅酸盐的混晶沉积垢、江苏油田输卤管道为CaSO4·Na2SO4·NaCl·2H2O等钙芒硝混合晶体构成的难去除的顽垢。用Davis-Stiff饱和指数(SI)法和Ryznar稳定指数(RI)法建立了该水质特征的碳酸钙结构趋势预测模型,并对江汉油田盐化工总厂注卤管道中的碳酸钙垢进行结垢了趋势预测,计算得出该卤水具有形成碳酸盐垢的趋势。用Oddo-Tomson饱和指数理论建立了对江苏油田采输卤管理处采出和输送的卤水硫酸钙结垢趋势的预测模型,通过计算得出了该卤水具有形成CaSO4·2H2O垢的趋势。
　　 分别针对江汉油田和江苏油田管道中水质特征的碳酸盐型垢和硫酸盐型垢的生产实际,系统研究了温度、含盐量、pH值等对碳酸钙及硫酸钙溶解度(Ksp)的影响规律,分别以江汉油田盐化工总厂注水和江苏油田输卤管道输送卤水水质和垢样的分析结果为依据,遴选出了对碳酸钙垢的阻垢率较高的ZB-1号阻垢剂及对硫酸钙垢的阻垢率较高的XX-11号阻垢剂,并确定两种阻垢剂各自阻相应垢型的适宜条件。
　　 最后针对江汉油田盐化工总厂的注水水质特征,系统研究了体系的pH值为9.0、NaCl浓度为90g·L-1、阻垢剂浓度为70mg·L-1时的阻垢条件为:体系温度30℃、阻垢剂加入体系后的反应的时间6 h以上,ZB-1型阻垢剂对碳酸钙垢的阻垢率可达94.6％。针对江苏油田输卤管道输送卤水水质特征,系统研究了体系的pH值为9.0、NaCl浓度为280g·L-1、阻垢剂浓度为60mg·L-1时的阻垢条件为:体系温度40℃、阻垢剂加入体系后的反应的时间8 h以上,XX-11型阻垢剂对硫酸钙垢的阻垢率可达82.5％。

目录

文摘

英文文摘

第一章 前言

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 国内外研究概况

1.2.1 管道除垢技术及特点

1.2.2 常用的阻垢剂及其阻垢效果

1.2.3 阻垢剂的阻垢机理

1.3 结垢趋势的预测方法

1.3.1 碳酸盐垢的结垢趋势预测

1.3.2 硫盐垢的结垢趋势预测

1.3.3 混合垢的结垢趋势预测

1.4 影响管道结垢的因素

1.4.1 温度对结垢的影响

1.4.2 压力对结垢的影响

1.4.3 流速对结垢的影响

1.4.4 pH值对结垢的影响

1.4.5 结垢沉积的器壁表面状况的影响

1.4.6 盐效应

1.5 阻垢剂阻垢性能的评定方法

1.5.1 静态阻垢法

1.5.2 动态模拟法

1.5.3 极限碳酸盐硬度法

1.5.4 鼓泡法

1.5.5 其它方法

1.6 本文研究的主要内容

1.6.1 结垢趋势预测

1.6.2 阻垢剂的遴选及阻垢效果评价

1.7 本文研究工作与前人不同之处

第二章 实验试剂及仪器

2.1 主要仪器

2.2 主要试剂

2.2.1 实验原料

2.2.2 主要化学试剂

2.2.3 主要试剂配制

第三章 实验部分

3.1 垢样分析

3.2 水样分析方法

3.3 碳酸钙结垢的影响因素实验方法

3.3.1 温度对碳酸钙溶解度的影响

3.3.2 盐的浓度对碳酸钙溶解度的影响

3.3.3 温度对盐溶液中碳酸钙溶解度的影响

3.3.4 纯水中pH值对碳酸钙溶解度的影响

3.3.5 NaCl介质中pH对碳酸钙溶解度的影响

3.3.6 盐浓度、pH固定的体系中温度对碳酸钙溶解度的影响

3.4 硫酸钙结垢规律研究的方法

3.4.1 温度对硫酸钙溶解度的影响

3.4.2 pH值对硫酸钙溶解度的影响

3.4.3 盐效应对硫酸钙溶解度的影响

3.4.4 盐浓度、pH固定的体系中温度对硫酸钙溶解度的影响

3.5 阻垢剂的选择与评价实验方法

3.5.1 阻垢剂与所用水样的配伍性

3.5.2 阻垢剂的遴选

3.5.3 阻垢剂的阻垢性能

第四章 样品分析的结果与讨论

4.1 江汉油田盐化工总厂注水管道内壁垢样及注水水质分析

4.1.1 垢样的分析结果

4.1.2 注水水质及结垢要素的分析和预防

4.2 江苏油田输卤管道内壁垢样分析

4.2.1 垢样分析结果

4.2.2 采出卤水及结垢要素的分析

4.3 本章小结

第五章 卤水中碳酸钙与硫酸钙结垢趋势预测

5.1 江汉油田盐化工总厂的注水结垢趋势预测

5.1.1 江汉油田盐化工总厂的注水体系以碳酸盐形式结垢的趋势预测

5.1.2 江汉油田盐化工总厂的注水体系以硫酸盐形式结垢的趋势预测

5.1.3 江汉油田盐化工总厂注水结垢的理论分析及主要影响因素

5.2 江苏油田输卤管道中水的结垢趋势预测

5.2.1 硫酸钙结垢趋势预测

5.2.2 硫酸钙结垢的理论分析及主要影响因素

5.3 本章小结

第六章 影响碳酸盐结垢的规律

6.1 影响碳酸钙溶解度的因素

6.1.1 温度对碳酸钙在纯水中溶解度的影响

6.1.2 NaCl浓度对碳酸钙溶解度的影响

6.1.3 温度对碳酸钙在盐溶液中的溶解度影响

6.1.4 pH对碳酸钙在纯水中溶解度的影响

6.1.5 pH对碳酸钙在NaCl介质中溶解度的影响

6.1.6 介质pH值影响的实验结果与理论分析的比较

6.1.7 温度对碳酸钙在pH≈9.0的90g·L-1的NaCl溶液中溶解度的影响

6.2 本章小结

第七章 影响硫酸盐结垢的规律

7.1 影响硫酸钙溶解度的因素

7.1.1 温度对硫酸钙在纯水中溶解度的影响

7.1.2 pH对硫酸钙在纯水中溶解度的影响

7.1.3 NaCl浓度对CaSO4溶解度的影响

7.1.4 pH=9时NaCI浓度对硫酸钙溶解度的影响

7.1.5 温度对酸钙在pH≈9.0的280g·L-1的NaCl溶液中溶解度的影响

7.2 本章小结

第八章 江汉油田和江苏油田管道防垢的阻垢剂选择

8.1 阻垢剂的选择

8.1.1 阻垢剂与所用水样的配伍性

8.1.2 阻垢剂的初步评价和选择

8.1.3 阻垢剂的确定

8.2 阻垢剂使用条件的确定

8.2.1 阻垢剂浓度对阻垢率的影响

8.2.2 NaCl浓度对阻垢率的影响

8.2.3 pH对阻垢率的影响

8.2.4 温度阻垢率的影响

8.2.5 阻垢反应的时间对阻垢率的影响

8.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢