高盐度水中碳酸钙结晶速率常数影响因素研究

56 江汉石油学院学报2001年6月第23卷第2期JournalofJianghanpetroleumInstituteJun.2001Vol.23No.2

高盐度水中碳酸钙结晶速率常数影响因素研究曾玉彬

李慧敏(江汉石油学院石油工程系,湖北荆州434102)(新疆油田分公司勘探开发研究院,新疆克拉玛依834000)

(江汉石油学院石油工程系,湖北荆州434102)牛庆华,傅绍斌

[摘要]从CaC03晶体的形成机理入手,研究了高盐度水中CaC03晶体形成过程中晶核生成阶段和晶粒长大阶段Ca2+浓度~温度~盐度对晶核生成速率常数和晶粒长大速率常数的影响,得出了晶核生成速率常数和晶粒长大速率常数不随浓度变化,随温度增加而增加,随盐度增加而减少的规律G为油田水的结垢预测提供了理论依据G

[关键词]结垢;高矿化度;碳酸钙

[中图分类号]TE35S.5[文献标识码]A[文章编号]10009752(2001)02005602应用结晶动力学研究CaC03结晶的历程及影响结晶的因素[1,2]表明,CaC03的结垢过程符合结晶动

力学的一般规律,可分为晶核的生成阶段和晶粒的长大阶段G那么,预防结垢主要在于抑制结晶或者创造生成疏松沉淀的条件,通过过饱和溶液的稳定作用,减缓晶核生成速率和晶粒长大速率G林培滋等人的研究表明,晶核生成和晶粒长大过程都可以用一级动力学速率方程来描述G笔者采用这一模型对高盐度水中CaC03结晶速率常数影响因素进行了研究,以期为油田提供进行CaC03结垢预测的理论依据G1CaCO3结晶动力学理论模型及试验方法

晶核生成和晶粒长大过程可以用一级动力学速率方程来描述[3],其结晶速率m为

m=CC/Ct=K1Cn,lnC=-Kz t+lnC0;z=1,2G

式中,K1为晶核生成速率常数;K2为晶粒长大速率常数;C为离子浓度;C=B 0-1;0-1为液相电导率;ln(0-1)=A-Kz t;t为时间;A,B,n皆为常数;C0为初始浓度G

利用电导率仪测定CaC03过饱和溶液的电导率(0-1)与时间(t)的关系数据,求出ln(0-1),作出ln(0-1)~t图,进行曲线拟合,采用作图法求出晶核生成速率常数K1与晶粒长大速率常数K2G2

2.1

结果讨论浓度对结晶速率常数的影响

当盐度为0,500mg/ ,Ca2+浓度分别为

0.0125,0.020,0.025,0.5mol/ 时,加入同浓度的

G在温度为30C下测定溶液电导率(0-1)随时间

(t)的变化,求出ln(0-1)与时间(t)的关系,并得出K1,

K2(图1)G由图1可知,所测的K1与K2几乎不随溶液浓C02-3

度而变化G

2.2温度对结晶速率常数的影响

当浓度一定,温度(T)发生变化时,溶液的结晶速图1Ca2+浓度对结晶速率常数的影响

[收稿日期]20010215

[作者简介]曾玉彬(1969),女,1991年华东理工大学毕业,讲师,现主要从事油田化学方面的研究G

第23卷第2期曾玉彬等:高盐度水中碳酸钙结晶速率常数影响因素研究 57 率常数又会怎样变化呢?研究了3种盐度下不同温度对结晶速率常数的影响(图2 3)O结果表明 K1与K2都随温度的增大而增大 温度升高 速率常数增大 且晶核生成速率常数K1的增大幅度大于晶粒长大速率

常数K2O原因是晶粒长大速率常数很大 使得晶核在瞬间形成后就开始进入不可逆的晶粒长大过程 最终沉淀结垢O因为温度升高 使得处于溶剂 笼 中的溶质离子获得了能量 增加了离子的动能 提高了Ca2+和CO2-的有效碰撞几率 加剧了反应的速度

O3

图2温度对晶核生成速率常数K1

的影响图3温度对晶粒长大速率常数K2的影响

2.3盐度对结晶速率常数的影响

油田注入水的盐度均较高 盐度对CaCO3结晶有何影响呢?在Ca2+浓度为0.0125mol/L T=30 及70 下研究了盐度为500~4000mg/L时的K1与K2的变化O结果如图4所示

O

图4盐度对结晶速率常数的影响

从图4可知 同一温度~浓度下的CaCO3过饱和溶液 随着盐度的增加 Kz值降低O因为高浓度体系时增加含盐量 溶液中的离子强度增加 导致Ca2+和CO2-活度下降 离子之间的有效碰撞几率降低 3

即为 动力学盐效应 说明了离子强度对速率常数有着极大的影响O

3结论

高盐度水中CaCO3过饱和溶液的结晶过程符合一级动力学方程 CaCO3晶核生成速率常数K1和晶粒长大速率常数K2与溶液浓度无关 且随温度增大而增大 并且K1比K2增加的幅度要大;在温度和2+2-Ca CO3浓度一定时 随着盐度的增加 CaCO3过饱和溶液在结晶过程中 其K1与K2因一级动力盐效应而降低;在盐度和Ca2+ CO2-浓度一定时 K1和K2随着温度升高而增大O3

[参考文献]

[1]AtkinsonG RajuK ~owellRD.Thermodynamicsofscaleprediction[J].SPE21021 1991.

[2]SwartwoutRT Tien~o.Chacterzationofcarbonateprecipitationandscaleformationinsolids-freeclearbrines[J].SPE23811 1992.

[3]哈姆斯基EB.化学工业中的结晶[M].古涛 叶铁林译.北京:化学工业出版社 1984.

[编辑]弘文

56InfluencingFactorsofCrystallizationRateConstantofCaCO3inHighSaltContentWater

ZENGYu-bin（JianghanPetroleumInstitute，Jingzhou434102）

LIHui-ming（PertoChinaXinjiangOil，CNPC，Karamay，834000）

NIUOing-hua，FUShao-bin（JianghanPetroleumInstitute，Jingzhou434102）

Abstract：InconsiderationofmechanismoftheformingofCaCO3crystai，theeffectsofconcentration，http://wendang.chazidian.comwsaregiventhattheconstantofcrystaicoreformingrateandthecrystaiparticiegrowingratearenotchangedwiththevariationofconcentrationandareenhancedwithincreasingoftemperature，andreducedwiththeincreasingofsaitcontent，whichprovidesthetheoreticaibasisforpreventingwaterfromscaiinginoiifieids.Keywords：scaieformation；highsaiinity；CaCO3