超声波对硫酸钡结垢影响规律研究.pdfVIP

第 4 3卷第 1期 2 0 1 4年 1月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e mic a l I n d u s t r y V o 1 4 3 N O 1 J a n u a r y 2 0 1 4 超声波对硫酸钡结垢影响规律研究 刘振 王丽玲 中国石油大学 北京 北京 1 0 2 2 4 9 摘 要 试验结果表明 超声波技术在集输管线和计量站应用中 能够满足在线运行的工况要求 具有很 好的防垢与除垢效果 近些年 我国在超声波防垢和除垢技术领域取得显著的成就 该技术具有重要的科研价 值和应用前景 其中 超声波的空化效应 活化效应 剪切效应可以有效的除垢防垢 近年来 研究超声波对 碳酸钙结垢影响规律的文献比较多 但是超声波对硫酸钡结垢影响规律的研究较少 文章通过称重法和电镜粒 度分析法研究超声波对硫酸钡结垢影响规律 为油气 田有效的除去硫酸钡污垢提供一定的理论基础 关键词 超声波 硫酸钡 结垢 规律 中图分类号 0 6 4 4 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 4 1 0 l 1 4 0 4 Re s e a r c h o n Ef f e c t La w o f Ul t r a s o und o n Ba r iu m S ul f a t e S c a l in g L I UZ h e n WA NG Li l in g C h in a Un i v e r s i t y o f P e t r o l e u m B e i j in g B e i j i n g 1 0 2 2 4 9 C h in a Ab s t r a c t Re s e a r c h s h o ws t h a t a p p l ic a t io n o f u l t r a s o n ic t e c h n o l o g y in g a t h e r in g p ip e l in e a n d m e t e r in g s t a t io n c a n me e t o n l in e o p e r a t io n r e q u ir e me n t b e c a u s e o f p e r f e c t a n t i s c a l in g a n d d e s c a l in g e f f e c t Re c e n t l y t h e u l tra s o n ic c l e a n in g t e c h n o l o g y h a s a c h ie v e d s ig n ifi c a n t d e v e l o p m e n t in o u r c o u n t r y a n d it h a s g r e a t s c ie n t ifi c v a l u e a n d a p p l i c a t i o n p r o s p e c t Ca v i t a t i o n e f f e c t a c t iv a t i n g e f f e c t a n d me c h a n i c a l s h e a r e f f e c t o f u l t r a s o u n d c a n c l e a n s c a l e e ffic i e n t l y No wa d a y s l i t e r a t u r e s a b o u t i n fl u e n c e l a w o f u l t r a s o u n d o n c a l c i u m c a r b o n a t e s c a l i n g a r e mo r e t h a n t h o s e a b o u t in fl u e n c e l a w o f u l t r a s o u n d o n b a ri u m s u l f a t e s c a l in g I n t h is p a p e r in fl u e n c e l a w o f u l t r a s o u n d o n b a ri u m s u l f a t e s c a l in g wa s s t u d i e d b y we i g h i n g me t h o d a n d e l e c t r o n mic r o s c o p e g r a in s i z e a n a l y s is me t h o d wh i c h c a n p r o v i d e c e r t a in t h e o ry b a s i s f o r c l e a n in g b a r i u m c a r b o n a t e s c a l e i n o il a n d g a s fi e l d s Ke y wo r d s Ul t r a s o u n d Ba r iu m c a r b o n a t e S c a l i n g La w 对胜利油田冬辛采油厂的广利油田 现河采油 厂的王家岗油田调研发现 硫酸钡结垢腐蚀主要发 生在集输管线和计量站上 调研还发现 从油井到 计量站的管线上结垢不如在集输管线上结垢严重 原因是不配伍的两种地层水混合会使集输管线大量 结垢 我国目前大多数油田处于开采后期 具有液 量大 含水高的特点 含有 B a c a 2 M g C 0 8 0 4 2 一 的两种产出液混合后 其结垢量大 结垢速度 快 导致计量站堵死集输管线穿孔 造成巨大经济 损失 并严重影响原油安全生产 如东辛采油厂广 利油 田 广 6输油站混输管线 生成硫酸钡 硫酸 锶结垢产物 对管线堵塞严重 在 2 0 0 1 年 6 月份换 新管线 到 9 月份混输管线回压已升至 1 3 M P a 不 得不再次更换新管线 1 超声波除垢研究现状 1 1 国外超声波技术应用情况 国外对超声波技术研究起步较早 在油田防垢 和除垢方面 美国和前苏联最早运用超声波技术并 取得较好的效果 美国曾在德克萨斯州 对 2 4 0 k m 范 围内的 2 1口油井进行了超声波辐照防垢除垢实 验 取得了良好的效果 辐照后油井原油产量也得 到了提升 是未使用超声波辐照产量的7 7 5 倍 前苏联达格斯坦苏阿姆斯库地区油田水硬度为 5 9 5 m g L 地面盐垢的沉积速度达 l m m d 使直径 为 1 0 2 m m的管线经常在 2 3 个月内就会被堵死 1 9 7 7 年 前苏联在该地区进行超声波防垢试验后 输送管线运行情况得到改善 前苏联下瓦尔托夫油 气联合局也进行过机械式超声辐射防垢除垢实验 实验前泵周期 6 4 d 使用后周期延长到 1 7 0 2 5 0 d 俄罗斯苏哈库姆区的多井计量装置 由于当地 地层水矿化度大 水的硬度高 结垢速度可达 l m m d 2 3 个月后就能使管子完全堵死 使用超声 波除防垢技术后 无须将堵死管道换新 也不会影 响油 田生产 从而每年节约 3 8万卢布 且该技术 非常安全可靠 俄罗斯 B o c h k a r e v等就用于大型热交换设备的 收 稿日 期 2 0 1 3 1 1 1 9 署筒 乔 刘振 1 9 8 7 一 男 山东菏泽人 在读研究生 2 0 1 1年就读于 中国石油大学 北京 石油与天然气工程专业 研究方向 从事油气 长距离管输技术 多相管流及油气田集输技术 E m a il l i u z h e n 0 9 l 2 6 C O lll 第 4 3 卷第 1期 刘 振 等 超声波对硫酸钡结垢影响规律研 冤 1 1 5 超声波防垢产品进行介绍 2 0 0 0年 波兰科学家 其中 O H 一 能和诸如 c a M g 一 等成垢离子反应形成 L i s t e w n i k J等人曾提出 俄罗斯生产的超声波除防 配合物 C a O H M g O H 增加水的溶解能力 其溶 垢产品也可运用于波兰 德国S c h m u c k e 等人提出 垢能力便相对提高 超声场作用下的溶液能够产生 脉冲超声波在锅炉上可以有效防垢 大量自由基 自由基与垢的晶核发生作用下 不能 1 2 国内超声波除垢技术发展现状 生成沉淀离子 晶格也停止生长 从而阻止了垢的 近年来 我国就超声波除垢与防垢技术的科研 形成 另外 超声波能提高液体和成垢物质的活性 价值及应用前景进行不少的研究 活化效应能提高流体和成垢物质的活性 提高垢的 陈先庆将 U P P超声波介质处理器应用于四川 溶解能力 从而破坏垢的生成条件和管壁上积垢的 石油局川西南矿4 3 号站的污水回注管线 进行除垢 条件 因此成垢物质在液体中形成分散沉积体而不 与防垢实验 其回注水矿化度约为2 0 0 m g L 通常 至于在管壁上形成垢H 会使直径为 1 0 5 m m的输水管堵死 在使用超声波 2 3 机械剪切效应 除防垢设备的情况下 泵压明显降低 经过超声波 由于超声波辐射在液体介质 垢层 管壁的吸 处理后 管线在输送污水过程中管内无块状垢形成 收和传播速度不同 速度便产生一定的差值 于是 其原有的积垢也逐渐消失 垢层和管道内壁的界面处便形成相对剪切力 使两 在孤岛油田垦利联合站长距离输液管线中的流 者间的结合力减弱 因而垢物不易在管道内壁上沉 体 矿化度高 达 6 0 0 0 m g L 结垢明显 张锡波 积 积块 超声波在介质中传播时 周围介质质点 等利用超声波技术对长距离输液管线进行了为期一 也随之振动 当超声波振荡器发生的振荡信号使管 个月的超声波防垢作业 压力可降至 2 3 6 M P a 管 内壁上的垢层发生共振时 可使垢物逐渐从管壁上 道内壁 滤板 泵等设施结垢量下降 脱落 另外 超声波的高频振动以及辐射压力可以 中国石化金陵分公司的孙晓霞等将超声波除垢 在流体中形成搅动与流动 从而降低液体表面张力 技术应用于重油催化裂化装置油浆循环系统换热设 和摩擦力 垢晶体便无法在管道壁上沉积 备 并进行试验表明 该系统应用超声波技术能够 2 4 抑制效应 满足在线运行的工况要求 除垢与防垢效果非常好 在超声波声场的作用下 液体物理化学性质能 超声波技术作为一种极具潜力的技术 具有作 够便改变 并缩短垢的晶核成核诱导期 刺激微生 用时间短 投入少 见效快 对环境和管线无污染 成小晶核 其微小晶核表面积大 质量轻 体积小 等特点已展现了良好的前景 只要对其作用机理进 悬浮在流体中 其界面比管道内壁面积大很多 从 行深入研究 并在室内实验和现场试验的基础上 而具有争夺流体中离子的能力 并抑制成垢离子在 进行反应器设计及工艺具体参数的选择 超声波油 管道内壁上成核与长大 粘附于界面上成垢离子的 田防垢处理技术必将取得较好的效果 数量也相应减少 减小垢的沉积速率 2 超声波除垢机理 3 2 1 空化效应 向管道内流体发射超声波时 由于空穴效应 流体内部将产生大量的空穴和气泡 这些空穴和气 泡在外声场的作用下发生振荡 生长 收缩及坍塌 从而当它们破裂时 液体内部会产生强大的局部压 力和瞬间高温 在这种效应下 局部压力可以达到 数百至上千大气压 空化泡破裂时 以气泡为中心 向周围发射冲击波 产生很大的冲击力 从而将垢 层击碎 并形成大量孤立分散的小颗粒 管壁上的 垢便被清除下来并悬浮于液体介质中 还能使不同 介质的分子之间相互渗透 不易聚集 沉淀 2 2 活化效应 超声波在液体介质中的空化作用可以产生一定 的效应 使液体状态 结构 组分和功能发生一定 的变化 例如可以使水分子分解为 H 和 O H 一 离子 3 确定实验设备规格尺寸 3 1 CCD C C D英文全称是 C h a r g e c o u p l e d D e v ic e 中文 全称是电荷耦合元件 可以称为 C C D图像传感器 能够把光学影像转化为数字信号 C C D上植入的微 小光敏物质称作像素 P i