成垢离子对油田采出水水质稳定程度影响研究

曲 虎，刘 静，王鹤松，王 萧，徐慧英，朱海云

（中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司， 河北 任丘 062552）

成垢离子对油田采出水水质稳定程度影响研究

曲 虎，刘 静，王鹤松，王 萧，徐慧英，朱海云

（中国石油集团工程设计有限责任公司华北分公司， 河北 任丘 062552）

、Ca2+、Mg2+是油田采出水中成垢的主要离子，通过考察水中、Ca2+、Mg2+与水中悬浮物含量变化的关系来研究、Ca2+、Mg2+三种离子的成垢规律及结垢对水中悬浮物的影响。结果表明和Ca2+、Mg2+反应生成CaCO3和MgCO3是成垢的主要原因，其中起主要作用的是Ca2+；水质改性技术可以降低采出水中的或Ca2+、Mg2+含量，达到防腐、阻垢、净化水质的效果。

结垢；离子；悬浮物；采出水；水质改性

-、Ca2+、Mg2+含量较高的油田采出水的处理工艺。

1 实验部分

1.1 实验仪器及药品

电子天平、恒温槽、烧杯、移液管、量筒、氢氧化钠、碳酸氢钠、氯化镁、氯化钙、酚酞、甲基橙、蒸馏水等。

1.2 实验方案

2 实验步骤及结果讨论

2.1 固定量HCO3-，不同量Ca2+、Mg2+对水质影响

取一定量蒸馏水，投加HCO3-含量为700 mg/L，将10个水样分别加入不同量的Ca2+、Mg2+分别为：0+0、40+10、120+30、300+50、550+100、900+100、1300+200、2200+300、3000+500、4000+500 mg/L，将水样摇匀后放入40 ℃恒温水浴中6 h，然后检测悬浮物和HCO3-、Ca2+、Mg2+的含量，得到表1和图1结果。

表1 试验中Ca2+、Mg2+的减少量Table 1 The decrease of calcium ion and magnesium ion

图1 HCO3-和悬浮物与Ca2+含量的关系Fig.1 Relation of bicarbonate ion, suspended substance and calcium ion

由上述图1和表1可看出，随着水中Ca2+、Mg2+含量的增加，水中HCO3-含量逐渐下降，Ca2+、Mg2+含量也较投加量下降，这是由于HCO3-和Ca2+、Mg2+反应生成Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2，而后又水解成不溶于水的CaCO3和MgCO3的沉淀的原因［3］。

随着水中Ca2+含量的增加，及水中HCO3-含量逐渐下降，水中悬浮物逐渐增加，水样中形成大量的白色沉淀，并有一层白色水垢产生，说明在其他条件一定下，随着 Ca2+、Mg2+含量的增加，水样结垢趋势增加，水质变差，由图1可知，当水中HCO-3含量在700 mg/L时，Ca2+、Mg2+含量小于150+30 mg/L时生成沉淀对水质影响较小，水质较稳定。

（1）病毒学指标：大多数患者抗病毒治疗后血浆病毒载量4周内应下降1个log以上，在治疗后的3～6个月病毒载量应达到检测不到的水平。

除此之外，在实验前后Ca2+的减少量比Mg2+的减少量大的多，见表 1。这是因为由碳酸钙和碳酸镁的溶解平衡：

但是碳酸镁的溶解度大于碳酸钙［4］，因此对于大多数既含有碳酸镁又含有碳酸钙的水来说，首先会形成碳酸钙沉淀，除非影响溶解度减小的条件剧烈的变化，否则碳酸镁沉淀未必会形成。

2.2 固定量Ca2+、Mg2+，不同量对水质影响

取一定量蒸馏水，投加Ca2+、Mg2+含量为1 000、200 mg/L；将10个水样分别加入HCO3-含量分别为：0、50、200、400、600、800、1 000、2 000、3 000 、4 000 mg/L，将水样摇匀后放入40 ℃恒温水浴中6 h，然后检测悬浮物和 HCO3-、Ca2+、Mg2+的含量，

图2 Ca2+/Mg2+/悬浮物含量和HCO3-的关系Fig.2 Relation of calcium ion/magnesium ion/ suspended substance and bicarbonate ion

得到图2的结果。随着HCO3-含量的增加，原水样中 Ca2+含量逐渐下降，降低幅度逐渐增加，Mg2+的含量基本不变，这是由于HCO3-和Ca2+反应生成CaCO3沉淀的原因。随着HCO3-含量的增加及Ca2+含量逐渐下降，水中悬浮物的含量逐渐增加，水中生成大量的白色沉淀，放置水样的瓶壁上有一层白色水垢产生，这说明在其他条件一点的情况下，随着水中 HCO3-含量的增加，水样的结构趋势增加，水样中悬浮物含量增加，水质变差。

由图可得，当水中Ca2+含量为1 000 mg/L时，HCO3

-含量小于300 mg/L时，生成沉淀对水质影响较小，水质较稳定。

3 结 论

（1）通过以上研究可得，Ca2+对水质的影响比Mg2+对水质的影响大。而且当水中 HCO3-含量较高时，水中Ca2+、Mg2+含量较低，水中Ca2+、Mg2+含量较高时，HCO3-含量较低，二者不能大量共存。这是由于 HCO3-和 Ca2+、Mg2+反应生成不溶于水的CaCO3和微溶于水的MgCO3的原因。

（2）当水中含有大量的Ca2+、Mg2+或HCO3-时，向水中加入HCO3-、碱性物质（如氢氧化钠）或Ca2+、，则原有水质平衡打破，产生不溶于水的 CaCO3、Mg(OH)2沉淀。

水质改性技术[5]就是基于这种原理，针对油田采出水的不稳定性，向采出水中加入以OH-为主要成分的三组分离子调和剂（即石灰乳、絮凝剂及水质稳定剂），使原水由弱酸性或中性变为碱性，从而降低采出水中的HCO3-或Ca2+、Mg2+含量，达到防腐、阻垢、净化水质的效果。

［1］陆柱,郑士忠,等. 油田水处理技术[M].北京:北京石油工业出版社, 2006:145-147．

［2］唐受印,戴友之,等. 废水处理工程[M].北京:化学工业出版社, 2004:193-198.

［3］ Ostroff A. G, Anton Gene. Introduction to oilfield water technology[M]. Englewood Cliffs, N.J. : Prentice-Hall. 1965:98 -100．

［4］Helen E. Muga, James R. Mihelcic. Sustainability of wastewater treatment technologies [J]. Environmental Management, 2007, 88 (2008): 437-447.

［5］纪云岭, 张爱社,等. 中原油田注水水质改性技术[J]. 油田化学, 2003, 20(1): 13-16．

Research on Influence of Scale Forming Ions on the Stability of Oilfield Produced Water Quality

QU Hu，LIU Jing，WANG He-song，WANG Xiao，XV Hui-ying，ZHU Hai-yun
（China Petroleum Engineering Co.,Ltd. Huabei Company, Hebei Renqiu 062552，China）

Bicarbonate ion, calcium ion and magnesium ion are primary ions for scale formation. In this paper, the relationship between content change of bicarbonate ion, calcium ios, magnesium ion and suspended substance was investigated to study the scale formation regulation of these ions and the influence of scale formation on suspended substance. The results show that calcium carbonate and magnesium carbonate generated by reaction between calcium ion, magnesium ion and bicarbonate ions are the main reason of scale formation, and the calcium ions play a major role; The content of bicarbonate ion, calcium ion and magnesium ion can be reduced by water quality modification technology, which can play the role of corrosion prevention, scale prevention and water purification.

Scale formation; Ions; Suspended substance; Produced water; Water quality modification

X 131.2

A

1671-0460（2015）08-1778-02

华北油田基金项目，项目号：HBYT-2013-JS-333。

2014-12-25

曲虎（1986-），男，工程师，硕士研究生，2012年毕业于中国石油大学（华东）化学工程与技术专业，研究方向：主要从事油气田地面工程方面的设计与研究。E-mail：qh915gf1@163.com。