【正文】 、 Ba2+、 Sr2+、 Mg2+、 SO42離子平衡關(guān)系及溫度 (T)、 壓力 (P)、 離子強(qiáng)度 (μ)與平衡常數(shù) (Kc)的關(guān)系 ， 還考慮了硫酸鈣的三種晶型 (CaSO4 —— 正負(fù)離子活度系數(shù)； aH2O—— 水分子的活度； n—— 水分子數(shù)； Ksp—— 該難溶物的溶度積。 ][][ 242 ?? ?? SOSrQ(5) 其他結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型 ① 飽和比指數(shù)預(yù)測(cè)模型 1992年 Ca2+、 Ba2+ 、 Sr2+、CO3 SO42及有機(jī)酸在水溶液中的平衡關(guān)系 ， 利用文獻(xiàn)發(fā)表的高溫高壓下相關(guān)物質(zhì)的溶解度數(shù)據(jù) ， 計(jì)算并實(shí)測(cè)了有關(guān)離子的平衡關(guān)系 ， 建立了碳酸鈣 、 硫酸鈣 、 硫酸鋇 、 硫酸鍶垢 （ MX?nH2O） 結(jié)垢預(yù)測(cè)模型 ，提出了飽和比指數(shù)的概念 ， 即： Fs=CMCXr177。 4BaSOC(4) 硫酸鍶結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè) 根據(jù)溶度積理論，硫酸鍶結(jié)垢趨勢(shì)判斷可按下式計(jì)算： 式中： Q—— Sr2+與 SO42濃度積， mg/L； [Sr2+]—— Sr2+濃度， mg/L； [SO42]—— SO42濃度， mg/L。 硫酸鋇結(jié)垢量用下式計(jì)算： 244)()( 2 spKmaamamB ?????? 34 ?? BC B a S O式中： B—— 水質(zhì)穩(wěn)定后水中硫酸鋇的結(jié)垢量， mol/L； m、 a—— 初始條件下水中 Ba2+和 SO42的濃度， mol/L； Ksp—— BaSO4的溶度積； —— BaSO4的結(jié)垢量， mg/L。 將計(jì)算得到的硫酸鈣溶解度 S與水中的 Ca2+和 SO42離子的實(shí)際濃度進(jìn)行比較 ， 若 S值 （ mmol/L） 比 1/2Ca2+濃度 (mmol/L)和 SO42離子的濃度二者中任何一個(gè)都大 ， 則水未被硫酸鈣飽和 ， 該水沒有硫酸鈣結(jié)垢趨勢(shì)；若 S值 (mmol/L)小于二者中較小者 ， 則可能發(fā)生硫酸鈣結(jié)垢 。 寫上班級(jí)、姓名、學(xué)號(hào)，下課時(shí)交上來(lái)。 經(jīng)過(guò)研究之后 ，他認(rèn)為將雷茲納穩(wěn)定指數(shù)中水的實(shí)際 pH值改為平衡 pH值（ pHeq） 將更切合實(shí)際生產(chǎn) ， 平衡 pH值可按下式計(jì)算： pHeq =+ 式中： pHeq—— 水的平衡 pH值； Alk—— 系統(tǒng)中水的總堿度 (以 CaCO3計(jì) )，單位 mg/L。 SAI=2pHs－ pH 式中： pH—— 水的實(shí)際 pH值； pHs—— 水的飽和 pH值 。 ② 雷茲納穩(wěn)定指數(shù)預(yù)測(cè)模型 1946年 ， 雷茲納 （ Ryznar） 指出 ， 利用朗格利爾飽和指數(shù)SI判斷水的結(jié)垢趨勢(shì)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤 。 ?μ =(C1Z12+C2Z22+……+C nZn2)/2 式中： C1～ Cn—— 水中各種離子濃度， mol/L； Z1～ Zn—— 離子濃度對(duì)應(yīng)的離子價(jià)數(shù)。 SI=pH－ pHs 式中： pH—— 水的實(shí)際 pH值； pHs—— 水的飽和 pH值 。 如果碳酸鈣在水中呈飽和狀態(tài) ， 則反應(yīng)(1)、 (2)和 (3)處于平衡狀態(tài) ， 重碳酸鹽鈣既不分解成碳酸鈣 ， 碳酸鈣也不會(huì)繼續(xù)溶解 ， 此時(shí)水的 pH值稱為飽和 pH值 ， 以 pHs表示 。 ① 朗格利爾飽和指數(shù)預(yù)測(cè)模型 碳酸鈣溶解在水中達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí) ， 存在著下列動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系： Ca(HCO3)2? Ca2++2HCO3 (1) HCO3? H++CO32 (2) CaCO3 ? Ca2++CO32 (3) 1936年朗格利爾 （ Langelier） 根據(jù)上述平衡關(guān)系 ， 提出了飽和 pH值和飽和指數(shù)的概念 ， 以此來(lái)判斷水的碳酸鈣結(jié)垢趨勢(shì) 。 前者是根據(jù)水中碳酸鈣的溶解平衡原理提出的 ， 具有充分的理論依據(jù)；后者是根據(jù)試驗(yàn)資料和實(shí)際情況提出的經(jīng)驗(yàn)公式 ， 并且在實(shí)際應(yīng)用中得到了驗(yàn)證 。 但是當(dāng)把這些判據(jù)用于高礦化度的油田污水結(jié)垢傾向判斷時(shí)有較大偏差 。下面分別介紹 。 Is=0 , 溶液處于固液平衡狀態(tài)，無(wú)結(jié)垢趨勢(shì)； Is0 , 溶液處于過(guò)飽和狀態(tài)，有結(jié)垢趨勢(shì)； Is0 , 溶液處于欠飽和狀態(tài)，無(wú)結(jié)垢條件。 (3) 油田水飽和度指數(shù)方程模型 在預(yù)測(cè)油田水結(jié)垢趨勢(shì)時(shí) ， 飽和度指數(shù)是一個(gè)重要概念 。 [Xm]n 在油田采出水中 ， 由于高礦化度及高離子強(qiáng)度而普遍存在締合現(xiàn)象 。 締合平衡如下： mMn++nXm→MX 0 式中 ， MX0表示締合體 ， 呈中性 。 [Bm]n Ksp, 結(jié)垢，直到等式成立為止。 [Bm]n Ksp, 不結(jié)垢或原有垢繼續(xù)溶解； (2) [An+]m[Bm]n 式中 ， Ksp為成垢物質(zhì)的熱力學(xué)溶度積 。 下面介紹幾種常用的結(jié)垢預(yù)測(cè)模型 。 1994年 Oddo和 Tomson在以前工作的基礎(chǔ)上得到了更完善的預(yù)測(cè)模型 。 早期預(yù)測(cè)方法簡(jiǎn)單 ， 使用方便 ， 但忽略了壓力 、離子強(qiáng)度及其它因素 ， 使應(yīng)用的有效性受到影響 。 無(wú)機(jī)結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)基本原理 垢沉積程度取決于過(guò)飽和度 。 因此 ， 為減緩和防止結(jié)垢 ， 對(duì)結(jié)垢趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)十分必要 。 (4) 其它影響因素 影響結(jié)垢的其它因素還有地層水性質(zhì)及原油特性；注入水的腐蝕性；結(jié)垢沉積表面的狀況等等 。 結(jié)垢趨勢(shì)在滲流中最大 ， 層流中次之 ， 紊流中最小 。 由流體力學(xué)知識(shí)可知 ， 液流流速 、 路徑可影響液流流態(tài) 。 結(jié)晶動(dòng)力學(xué)認(rèn)為 ， 過(guò)飽和度低時(shí)晶體按螺旋式生長(zhǎng) ， 過(guò)飽和度較高時(shí)晶體呈層狀發(fā)展 ， 過(guò)飽和度相當(dāng)大時(shí)呈樹枝狀生長(zhǎng) 。 晶核生成后的晶體生長(zhǎng)過(guò)程仍受熱力學(xué) 、 動(dòng)力學(xué)因素支配 。 當(dāng)過(guò)飽和度高時(shí) ， 結(jié)晶數(shù)目多 ， 沉淀速度快 ， 溶液處于不穩(wěn)定狀態(tài) ， 這時(shí)成垢離子在溶液內(nèi)部自身結(jié)合成晶核并在已成核表面結(jié)晶 ， 這種 垢晶離子自身結(jié)合成為晶核的作用稱為均相成核 。 在純?nèi)芤后w系中 ， 當(dāng)成垢離子濃度低于其溶解度時(shí) ，不會(huì)出現(xiàn)晶體沉淀 ， 溶液處于穩(wěn)定狀態(tài) 。 垢沉積的熱力學(xué)研究只是對(duì)溶液平衡狀態(tài)的分析 ， 至于垢沉積過(guò)程 、 沉積速度 、 過(guò)飽和度的變化及其影響因素 ， 則還要從動(dòng)力學(xué)角度進(jìn)行研究 。 而對(duì)硫酸鈣垢 ， pH值影響不大 。反之 ， pH值升高 ， 碳酸鈣沉淀增多 。 因此 ， 當(dāng)?shù)貙铀c注入的淡水混合后鹽度降低 ，也可能引起結(jié)垢沉積 。 例如當(dāng) CaCl CaBr ZnBr2鹽水體系的密度為 ， 鹽水中的碳酸鈣沉淀結(jié)垢嚴(yán)重 ， 對(duì)地層會(huì)造成傷害 。 另外 ， 氯化鈉的濃度對(duì)硫酸鈣溶解度也有影響 ， 一定的氯化鈉濃度對(duì)應(yīng)于一定的臨界壓力 ， 臨界壓力隨氯化鈉濃度增大而降低 ， 在臨界壓力以上硫酸鈣易溶于蒸餾水而不溶于氯化鈉水溶液 ， 在臨界壓力以下則相反 。 另外 ， 溫度升高還會(huì)使 Ca(HCO3)2分解生成碳酸鈣垢 。 溫度主要影響成垢物質(zhì)在水中的溶解度 。 (1) 熱力學(xué)因素 ? 溫度的影響 油田常見的結(jié)垢沉積物主要是碳酸鹽垢 （ 主要成份為碳酸鈣 ） 、 硫酸鹽垢 （ 主要成份是硫酸鈣 、 硫酸鋇 、 硫酸鍶等 ） 、 鐵化合物 （ 主要成份是碳酸亞鐵 、 硫化亞鐵 、氫氧化亞鐵 、 氫氧化鐵 ） 。 其中過(guò)飽和度是影響結(jié)垢的首要因素 。 對(duì)于油氣集輸系統(tǒng)而言 ， 最常見的污垢類型是結(jié)晶污垢 ， 在某些情況下 ， 還可能有顆粒污垢及生物污垢 。 例如當(dāng)水溫低于冰點(diǎn)時(shí)會(huì)在換熱表面上凝固成冰 。 這種污垢對(duì)溫度很敏感 ， 在適宜的溫度條件下 ， 生物污垢可生成較厚的污垢層 。 (5) 生物污垢 除海水冷卻裝置以外 ， 一般生物污垢均指微生物污垢 。 (4) 腐蝕污垢 即具有腐蝕性的流體或者流體中含有的腐蝕性雜質(zhì)腐蝕換熱表面而產(chǎn)生的污垢 。 傳熱面材料不參加反應(yīng) ，