随着原油开采进入中后期，必须采用二次或三次采油技术来提高原油采收率。水驱、气驱 （包括CO2、空气和N2） 和聚合物驱是目前我国东部成熟油气田普遍采用的技术，但是随之带来的问题是采出液中含水率越来越高，有时甚至高达95%,由此造成了严重的腐蚀和结垢问题。集输管道结垢，会使得回注水流体的横截面积变小，注水压力增大，对管道设备的耐压强度等级要求增大。与此同时，注水量增加，浪费资源与能源，不利于油田的节能降耗。此外，注水管道内的有机与无机垢层会阻碍缓蚀剂与钢铁管道的接触，使得垢下浓差腐蚀和垢下微生物腐蚀风险急剧增加，导致管线穿孔泄露。

本文调研了典型油田注水的结垢机理、结垢类型和影响结垢的因素。通过对结垢监测技术的研究，达到预测油田结垢趋势、结垢量以及结垢对地层造成的危害。只有准确获得油田管道的结垢趋势及可能的结垢位置，才能提出合理的材料选择和完善的防垢除垢措施。

1 结垢分类

 

基于物理/化学过程，油田回注水垢主要分为结晶垢、颗粒垢、生物垢和腐蚀垢4大类。

结晶垢类型的污垢主要是来自溶液中含有不溶解的无机盐，比如CaCO3、CaSO4、BaSO4等。结晶垢的形成通常与温度有关。大多数盐都具有溶解度，其溶解度随温度的上升而增加。然而，还有一些盐则与此相反，在一些范围内，其溶解度随温度的上升而减小。每种盐在给定的温度下都有一个溶解度限制，如果超过了这种限制，结晶便会发生。结晶垢主要是由于过饱和盐的存在。

颗粒污垢是来自含有悬浮固体的流体中颗粒的累积。这些累积的颗粒因重力作用产生不同程度的沉淀。

回注水中含有各种微生物，这些微生物主要包括细菌、真菌、藻类等。流体中的微生物积聚而形成污垢，这种污垢形成后产生粘泥，粘泥附着在管道上，各种微生物就在粘泥中繁殖生长，从而加剧了管道的结垢程度。

流体会对管道产生不同程度的腐蚀，温度、酸碱值、流体组分都会对腐蚀程度有一定的影响。这些腐蚀产物主要是Fe的氧化物、氢氧化物、硫化物等，这些腐蚀产生的腐蚀产物积聚在管道表面形成腐蚀垢。腐蚀垢的存在为其他垢的生长提供了良好的附着位点。

2 结垢趋势预测

 

结垢趋势的预测是一个需要考虑多因素的工作量大的系统工程，前人在这方面进行了大量的研究，并提出了一系列相对准确的预测方法。本文主要讨论结晶垢的预测方法，因为结晶垢最为常见，同时这类垢对管道的影响非常大。油田较常用的是饱和指数法和稳定指数法。

2.1 单一碳酸钙结垢预测方法

 

1936年，Langelier针对工业循环水提出了水的稳定性指标，用以确定是否有CaCO3从水中沉淀；后来，Davis和Stiff将这一指标用于油田水，提出用结垢指数SI来判断是否有CaCO3垢析出；Ryznar提出了用稳定指数RI判断水的稳定性；Oddo和Tomson提出了饱和指数Is;翁永基等用pH-pHs判别水腐蚀性的模型等等。但是当把这些判据用于高矿化度的油田污水结垢倾向判断时有较大偏差。

2.1.1 Langelier饱和指数法 Langelier根据下述平衡关系，提出了饱和pH值和饱和指数的概念，以此来判断水质的CaCO3结垢趋势。CaCO3溶解在水中达到饱和状态时，存在着下列动态平衡关系：

 

从以上反应式可见,如往水中加碱,则H+被中和,pH值升高,反应 (3) 向右方进行,反应 (4) 向左方进行,CaCO3易析出。如果CaCO3在水中呈饱和状态,则反应 (2)、(3) 和 (4) 处于平衡状态,Ca(HCO3)2既不分解成CaCO3,CaCO3也不会继续溶解,此时水的pH值称为饱和pH值,以pHs表示。Langelier推导出了计算pHs的公式,并以水的实际pH值与其饱和pH值 (pHs) 的差值来判断水的结垢趋势,此差值称为朗格利尔饱和指数,用Is表示。

 

当Is>0时，CaCO3会析出，这种水属结垢型水；当Is<0时，原有CaCO3垢层会被溶解，这种水有腐蚀性，称作腐蚀性水；当Is=0时，CaCO3既不析出，原有CaCO3垢层也不会被溶解掉，这种水属于稳定型水。由于该方法是一般的经验式，简单方便，应用较为广泛，目前许多地方都仍在使用这种方法来判断油气田的结垢趋势。这种方法的缺陷比较明显，它仅仅考虑了热力学条件，这使得预测结果与真实结果之间存在一定的偏差。

2.1.2 Davis-Stiff饱和指数法 Davis-Stiff饱和指数法主要用于预测碳酸盐垢，相比Langerlier饱和指数法，该饱和指数法的进步之处在于考虑了对温度、压力和离子强度进行校正。该法的缺点是在现场取出水样后，必须立即测定pH值、CO32-、HCO3-等，因为样品一旦离开压力系统，这些参数变化得非常快，所以使用此预测方法会有些偏差。Davis-Stiff饱和指数法对CO2的逸度和CO2在油、水中的分配均未考虑。但是该预测方法在国内外油田对碳酸钙垢的预测结果还是得到了广泛的认可。Davis-Stiff饱和指数法主要考虑了系统中的热力学条件。Liu等结合水质离子浓度分析，使用饱和系数法对大庆油田注水中的碳酸钙和硫酸钙结垢趋势进行了预测。饱和指数SI按以下方法进行计算：

 

式中，SI为饱和指数，K为修正指数，为矿化度和水温度的函数，由离子强度与水温度关系曲线查得。pCa为Ca2+的浓度 （mol/L） 的负对数，pAlk为总碱度 （mol/L） 的负对数，[CO32-]为CO32-的浓度 （mol/L），[HCO3-]为HCO3-的浓度 （mol/L），μ为离子强度，ci为第i种离子浓度 （mol/L），zi为第i种离子浓度 （mol/L），SI>0,有结垢趋势；SI=0,临界状态；SI<0,无结垢趋势。饱和指数法适用的温度范围在0~100 ℃。

2.1.3 Ryznar指数法 在Davis和Stiff提出饱和指数法之后，Ryznar进一步结合给水系统的实际情况进行总结，提出了稳定指数的概念 （SAI）。

 

式中，SAI为稳定指数。

利用Ryznar稳定指数判定是否结垢的标准为：当4.0<SAI<5.0时，水质体系严重结垢；当5.0<SAI<6.0时，水质体系会少量结垢；当6.0<SAI<7.0时，水质体系有微量结垢和腐蚀；当7.0<SAI<7.5时，水质体系有明显腐蚀倾向；当SAI>7.5时，水质体系会出现严重腐蚀。

Ryznar指数法相比Davis-Stiff饱和指数法，它的进步之处在于根据数值来具体判断水的趋势。当体系的碱度、矿化度较高时，用稳定指数法进行预测是比较准确的，它的预测结果也可用来表示气田水的稳定性；稳定指数法仅考虑了碳酸钙的溶解平衡，但由于实际系统中温度会发生变化，因此整个系统很难达到溶解平衡；而且集输管道的结垢物成分复杂，因此稳定指数法并不能用于整个系统。

2.1.4 Vetter预测法 Vetter预测法[15]考虑了油田水的流量、CO2含量及其分压、P-V-T特性以及井下参数等多种因素，根据平衡方程、电离方程、亨利公式等，最终建立了碳酸钙沉淀模型的状态方程，Vetter预测法的预测结果更接近油田生产中的实际结垢情况。Vetter预测法的缺点是应用推广困难，这是由于其理论计算较多、而且繁琐，技术人员使用起来很困难。对于Vetter预测法，应该综合研究结垢因素，并在其中找到影响结垢的主因，进而对预测模型进行必要的简化。

2.1.5 John预测方法 John等[6]提出了一个高温、高压下CaCO3饱和度的计算公式，为注水掺热液系统结垢预测提供了有效的方法。这个公式的具体表达式如下所示。

 

式中，TCa为总钙浓度 （mol/L），Alk为HCO3-浓度 （mol/L），I为离子强度 （mol/L），pT为总压 （psi）， XCO2XCO2 为气相中CO2的质量分数，T为温度 （℃）。

John的预测方法主要适用于注水掺热液系统中的结垢预测。该方法实际上是一个高温高压下碳酸钙饱和度的计算公式，它的计算结果就是其评价标准，当计算结果大于零时，有结垢倾向；若小于零，则没有结垢倾向。John预测方法的缺点：由于化学动力学的关系，一部分饱和水结垢几率大，另一部分饱和水的结垢几率很小，所以在判断结垢趋势时，John预测方法存在有一定的误差。

2.1.6 碳酸钙最大结垢量预测方法 Valone和Skillern[16,17,18]综合考虑井下和地面流体之间的温度和pH之间的差异，提出了碳酸钙最大结垢量预测模型。可以采用该模型对碳酸钙的结垢量进行预测，具体公式如下所示：

 

式中，pd为井下压力 （MPa），ps为地面压力 （MPa），Td为井下温度 （℃），Ts为地面温度 （℃）。

结垢量的分析标准如下：当PTB<0时，体系无垢；当0<PTB<100时，体系会产生少量的垢；当100<PTB<250时，体系会产生足够多而硬的垢；当PTB>250时，体系的结垢现象会极其严重。

采用Valone和Skillern的预测方法不仅可以判断结垢趋势，而且还可以定量地预测碳酸钙的结垢量。

2.2 硫酸盐结垢预测方法

 

2.2.1 硫酸钙的结垢预测方法 根据热力学和溶解平衡原理，Skillman等在进行硫酸钙的结垢趋势的预测时，提出了热力学溶解法，它的预测方程如下所示：

 

式中，S为CaSO4结垢趋势预测值 （mmol/L），Ksp为CaSO4溶度积常数，X为钙离子与硫酸根离子的浓度差 （mmol/L），由水中实测的Ca2+和SO42-的浓度，再计算出水中CaSO4实际含量c （c取Ca2+和SO42-的浓度的最小值mmol/L），将S与c进行比较。

判断标准：当S<c时，存在结垢趋势；当S=c时，系统处于平衡状态；当S>c时，没有结垢趋势。

Skillman热力学溶解度法[9]计算简单，且预测结果与现场实际基本相符。在需要大体测算硫酸钙的结垢倾向时，很受科研工作者的青睐。该方法的缺点也比较明显：硫酸钙垢容易受水中的离子的含量、成分、温度及压力等因素影响，此外多种晶体会在结垢过程中形成，并且温度、压力以及离子浓度的增加都会提高硫酸钙的溶解的可能性。

2.2.2 硫酸锶结垢的预测方法 Jaeques等[18]基于对Sr2+在氯化钠水溶液中溶解性的研究，导出了压力为689~20684 kPa、温度为38~149 ℃、总离子强度为0~3.43的溶解性数字模型，求出了水样中Sr2+与SO42-的浓度乘积与溶度积常数的比值，作为是否发生结垢的判据。

SrSO4的结垢趋势的计算公式如下所示：

 

式中，S为Sr2+和SO42-的浓度积沉积，[Sr2+]为Sr2+的浓度，[SO42-]为SO42-的浓度。

SrSO4结垢趋势的判断方法：当S>Ksp（SrSO4），有结垢趋势；当S=Ksp（SrSO4），处于临界状态；当S<Ksp（SrSO4），没有结垢趋势。该方法原理简单，方便实用，可以用来预测SrSO4结垢趋势的判断。

2.2.3 复合硫酸垢的预测方法

 

油气田结垢绝不是单一的，虽然有时某种垢物占主要成分，但往往是多种复合共生的垢物，因而对复合垢的预测十分重要。

Vetter等提出Vescal II模拟程序，该模拟程序旨在计算不相溶注入水与地层水混合时BaSO4、SrSO4以及CaCO3等复合硫酸盐垢的产生趋势。该程序能处理各种阳离子竞争同一阴离子 （SO42-） 的情况 （即共沉淀问题），考虑了水的组成、混合比、温度和压力等因素的影响，可以预测油气田不同部位 （如油气藏、井底、井筒、井口及地面管线等） 的结垢。该程序的不足之处：一是假定成垢盐所处的是NaCl环境中，而未考虑其他盐类。井下环境复杂，多种物质会共同存在，互相影响；二是只考虑了微溶性的BaSO4对溶解性较大的SrSO4和CaCO3沉淀的影响，未考虑相反的影响，比如CaCO3对BaSO4沉淀的影响。

2.3 混合垢的预测方法

 

2.3.1 Oddo-Tomson饱和指数法 Oddo-Tomson饱和指数[22, 23]考虑了热力学条件及离子强度进行校正因素，还考虑了CO2的逸度及在油水中的分配，使用活度积、溶度积及离子缔合理论建立了硫酸盐和碳酸钙结垢预测模型。该方法可预测任何生产井中在不同压力、温度下碳酸钙、硫酸钙、硫酸锶或硫酸钡微溶物的结垢倾向。其预测模型如下：

 

式中，Is是Oddo-Tomson饱和指数，[Me],[An],t,p,μ分别表示阳离子活度、阴离子活度、温度、压力、离子强度。

判断是否生成垢的标准为：当Is=0时，表示溶液与固体垢相平衡；Is>0时表示过饱和状态，能形成结垢；Is<0时表示欠饱和状态，不能形成垢。

Oddo-Tomson饱和指数法主要用于预测在不同压力、温度下，碳酸钙、硫酸钙、硫酸锶或硫酸钡微溶物的结垢倾向。这种方法的缺陷是，在碳酸钙预测方面，由其具体表达式可以看出它需要大量的细节数据，比如，气相中CO2的摩尔分数，CO2的逸度系数以及液相中CO2的摩尔分数等，这些数据从集输系统现场调研情况来看不易得到。

2.3.2 饱和系数法 饱和系数法考虑了离子间的不同离子效应、温度、压力、以及水体系的多元化对结垢的影响，并根据热力学平衡原理，最终提出了针对复杂多元体系的结垢预测方法。对于实际存在的多个平衡，若水体系中某种成垢物质的平衡方程式为：

 

成垢物质AB的饱和系数S的计算公式如下：

 

式中，S是饱和系数，CA2+是A2+离子的浓度，CB2-是B2-离子的浓度，Qsp是AB溶度积常数。结垢的评价标准是：当S>1时，AB有结垢倾向；当S=1时，处于饱和状态；当S<1时，体系中没有AB结垢倾向。

3 结垢趋势

 

监测最早进行结垢监测方面的研究机构是美国的传热研究协会[26]。随着微电子技术的发展，各种污垢监测技术逐渐兴起，按照污垢在线监测手段可以分为热学法和非热学法。

3.1 热学法

 

3.1.1 温差法 结垢的温差表示方法是通过水管道的材质和冷取水的进出口温差的变化来反映污垢的沉积情况。这个模型非常简单，让一段污脏的流体流过一段管道，保持另一侧的温度均匀不变，污脏流体的流速和入口速度恒定，则污脏流体温升的变化 （出口温度的变化） 就反映了污垢的沉积状况。

 

式中，在运行过程中用终端差 （简称端差） Δt 的变化来描述冷却水侧换热面的污脏程度。ts为管内壁污垢表面温度，tw,O为冷却水出口温度。随着垢层厚度的增加，tw,O必然减小，而 Δt?t 增大。

该方法的特点是简单直观，可以连续、实时进行监测垢的沉积情况，是目前生产现场相对实用的监测结垢程度的方法。

但是，温差法也有局限性。这种方法适合换热器管道内的结垢监测，而且影响因素非常多，如热流密度、冷却水用量、工作设备等。因此，该方法的可信度较差，需要用其他方法对其进行校验。

3.1.2 热阻法 热阻法的原理是利用污垢热阻的变化来衡量污垢的生长状态的，是用洁净与结垢状态时管道表面的总的传热系数的变化来描述成垢量的变化。

Kuwahara等基于发电厂的运作数据，提出了一种监测热虹吸再沸器污垢热阻的方法，通过相关测试发现，实测的数据与计算所得的数据一致。

Li等提出了一种实现发电厂冷凝器污垢在线监测的系统，基于操作原理和耦合效应，建立了一个用来模拟烧煤发电厂运作的ACMM模型。该模型在模拟计算发电厂的数据方面具有非常好的准确性，而且还可以实现在线监控。所测的参数都是基于传热系数的温度。对于不正常的污垢热阻，该系统也会发出警报。

Izadi等提出冷凝器和中间冷却器等一系列管状热交换器的污垢先进监测系统。首先，建立了管式热交换器中结垢热阻的数学模型。该模型基于所考虑的热交换器的应用热功率、内部传热系数和几何特性。所得到的模型是测量量的函数，例如水和管壁温度、流体流速、以及管内流体的一些物理性质，如粘度、电导率和密度。其次，构建了在线结垢监测系统，并通过该系统实时测量了所选溶液的传热热阻。通过碳酸氢钠、氯化钠、氯化钙等污染物和碳酸氢钠和氯化钙的混合物实验，研究浓度和化学反应对结垢的影响。不确定性分析表明，实验结果是可以接受的，实验装置适用于测量工业应用中的结垢热阻。

Yang等提出了一种动力学模型来预测海水热交换器中的海水污染过程。新模型结合海水污垢沉积和去除行为的表达公式采用Kern-Seaton模型。实验数据与模型吻合良好，在不同条件下获得参数。实验后进行SEM和EDX分析，结果表明，海水污垢的主要成分为氢氧化镁和氢氧化铝。通过模型和实验数据评估了表面温度、流速和表面自由能的影响，结果表明，随着表面温度升高到一定范围，海水污垢加剧，海水污染热阻随着海水流速的增加而降低。此外，分析了金属表面自由能的影响，表明降低表面自由能减轻了海水污垢的积聚。

这种方法的缺点比较明显，测量比较困难。而且在污垢监测的初始阶段存在热阻值出现负值的情况，其工程实用性差。

3.2 非热学法

 

3.2.1 称重法 称重法是利用直接称重结垢的质量来判断结垢情况。Bott等为了研究析晶污垢，在测量设备上安装一块质量极轻的、易于拆卸的沉积片，在不同运行时间取下进行干燥称重，获取结垢量。王芳通过结垢重量法对延河水、地层水配伍性进行研究，采用微孔滤膜过滤水样得到沉淀，然后用分析天平称重，计算结垢率，进一步分析和预测清、污混配的结垢趋势。魏平方等采用沉淀重量法，对几种市售除垢剂与自制新型除垢剂QX进行了除垢效果对比实验。结果表明，除垢剂QX是一种理想的硫酸钡锶垢除垢剂。该法的优点是简单、直观，对结垢量很大的体系非常实用。称重法常常用于实验室的研究，需要离线监测，不符合现代工业高效、安全、在线监测的原则。

3.2.2 石英天平法 石英天平法是称重法的发展。石英天平的发展始于上世纪60年代初期，它是一种非常灵敏的质量检测仪器，其测量精度可达纳克级。石英晶体微天平利用了石英晶体的压电效应，将石英晶体电极表面因垢沉积导致的微小质量变化转化为石英晶体振荡电路输出的频率变化，进而通过计算机等其他辅助设备获得高精度的数据，即利用石英晶片对质量的敏感实现结垢监测。刘宗昭等采用电化学石英晶体微天平技术可以准确而快速地对含聚合物采出水进行碳酸钙加速结垢评价。王虎等为深入分析碳酸钙垢生长规律和阻垢剂对垢生长动力学的影响，使用电化学石英晶体微天平快速测垢的方法研究了施加的恒电压、温度、Ca2+浓度对碳酸钙结垢的影响，评价了羟基乙叉二膦酸 （HEDP）、膦酰基羧酸 （POCA） 和氨基三甲叉膦酸 （ATMP） 三种阻垢剂的阻垢性能，并对结垢过程进行了分段线性拟合。

石英天平法也有局限性，如成垢致密性低、易剥离，探头结构复杂，难以用于现场环境中的结垢监测。此外，垢层增厚还会影响石英晶体薄片的寿命和灵敏度。

3.2.3 压降法 美国腐蚀工程师协会推荐采用的压降法污垢监测装置来监测冷却水管道中的污垢。这种方法的测试原理是：当流体流经管道且摩擦系数变化不明显时，由于结垢，流通截面缩小，引起的阻塞效应就成为压降的主要原因，压降将随污垢的积聚而增加。因此，只需要测量结垢前后管道的进出口压差，通过压差的变化来反映污垢的沉积情况。

压降法常配合温差法和热阻法进行使用，共同监测管道中结垢情况。林春光提出的温差比较法和压降比较法，无需监测换热器的流量，具有投资少、精度高、实施简单、可靠性高的特点，也适用于其它形式的换热器。

3.2.4 超声波检测法 超声波技术凭借其作用距离长、成本低廉等优势，成为了在无损检测领域新的发展方向。超声波在管道中沿管壁传播，相较其他传播途径，其衰减很小，传播距离可达到几十米乃至上百米。超声波检测法具有使用方便、快速、测量精度高、适用材料范围广以及实时在线监测等诸多优势，在管道及换热设备的污垢检测方面有着很大的应用前景。

冯丹龙对基于超声导波的管道结垢检测及去除技术进行了初步研究，结合超声导波对管道内结垢检测及结垢去除的原理，对反射信号进行分析，超声导波在结垢层前端、结垢层后端以及管道尾端均会发生反射，结垢层前端的超声导波反射信号可对管道内结垢进行定位，结垢层前后端的超声波反射信号可用于估计结垢区域的长度。结垢层前后端的超声导波反射信号强度与结垢层的厚度存在一定关系。通过ABAQUS有限元软件建立了基于超声导波的管道内结垢检测的仿真模型。

孙灵芳等为解决化工换热管道中传统热阻法无法实现污垢定量分析的问题，提出采用超声时域检测法，结合ComsolMultipysics多物理场仿真软件，对声-固耦合加速度边界进行设计优化，开展化工换热污垢管道超声检测瞬态传播特性研究，实现污垢厚度特征定量提取。

冯国亮分析了超声波技术的原理与特点，并设计了超声波发射接收电路，采用超声波脉冲时域反射法进行平板及管道内的污垢的检测研究。

超声法的局限性也比较明显，在实际的生产过程中，结垢层的分布不均匀、杂波干扰等使得超声检测的接收信号复杂，给反射波的时间差的确定造成了较大的困难。由于传统的污垢监测热力学方法信度低，Yang等提出了超声回波法监测污垢。通常，设备的污垢层薄，回波重叠和混乱，难以从信号中提取特征。引入逆滤波方法将难以区分的延迟信息在时域上转换为频域信息。然后采用高阶累积量与MUSIC频谱估计结合的信号处理方法，实现了污垢回波信息提取。模拟信号和实际信号的实验验证了该方法的有效性。

超声法的优点在于适用于对油气管道内部的缺陷进行检测，对分层裂纹敏感，容易判定厚度方向上的缺陷部位，被检物厚度上限制很大，装置小、轻便，响应快速，成本低，易于管理和自动化。其缺点是对于铸件和焊缝以及密集气孔、缩孔、气孔、焊缝锁孔、夹渣等缺陷检出相对射线照相法较差。

3.2.5 红外检测法 红外检测由于其非接触、无损伤、可靠性高等独特的优势，在运行状态监测和故障诊断领域取得了广泛的应用。红外技术根据温差来进行测量，由于结垢管道传热存在温度差，可以用温度差的大小来判断污垢的有无、厚度和大小。

康文秀等利用红外测温技术获得长圆筒形、球形热设备外表面的温度分布，即可计算出内壁污垢层的厚度分布，从而为此类热设备运行状态的实时监测提供理论依据。但是，其假设的条件是污垢为均匀地生长在管壁上，这是一种理想状态。所以，还需要根据具体的情况进行相应的修正。

3.3 其它方法Chen等研发了一种水处理微滤过程的集成式污垢监测系统，采用光学传感器，实时监测，原位监测污垢层的结构、厚度以及膜过滤的水质。但是，目前仍处于试验阶段，应用与实际生产还有一段很长的距离。

Zhao等提出了一种使用低成本和日常可用的船上冷却器监测冷凝器结垢状态的方法 （虚拟污垢监测传感器）。所提出的虚拟污垢监测传感器能在实验室条件下对各种工作运行数据进行评估。此外，所提出的虚拟污垢监测传感器也在实验室以外的现场进行实施和评估。实验室和现场测试结果表明，所提出的方法为检测冷凝器中的结垢故障提供了良好和稳健的保证。所提出的方法很有可能被实现，从而成为单独的结垢监测传感器工具，并结合在商用冷却器FDD（缺陷检测与诊断） 工具中，或嵌入在机体上的控制系统中以自动监测冷凝器结垢状态。

Zhang等应用激光检测的方法并结合SI指数，研究了中东油田蒸汽驱装置中的CaSO4结垢的风险预测问题。激光穿透待测溶液试样中，通过检测探头接收的激光信号强度来探讨CaSO4结垢成核动力学机理。该方法可以量化结垢风险，还可以优化阻垢剂的处理方案。

目前管道污垢监测装置自动化程度较低，进一步改进其测量原理，创新测试方法，将计算机技术应用到污垢监测设备，提高其自动化水平是其未来的发展趋势

 

4 结论与展望

 

通过对油田注水结垢机理和垢晶分析，讨论了结垢量、结垢周期及结垢部位对管道的危害性。此外，本文还对管道结垢的在线监测方法和结垢预测模型做了一些回顾。要点如下：

（1） 建立科学的模型必须对结垢机理进行深入研究，还应考虑结晶动力学、流体力学等因素对结垢的影响。

（2） 数学模型的建立。根据结垢机理建立相应模型及化学方程，模型的求解构成复杂的数值模拟，可采用数值计算的迭代原理。按照最优化理论合理选用初值，向真值逐步逼近。

（3） 形成相关的预测软件。作为软件系统要具备如下功能：准确计算预测结果，可靠度高，实现人机对话、操作简单。各油气田应将预测理论与油气田水质、温度、压力、含盐量及酸碱度等情况相结合，选用或提出适合于本油气田的结垢预测方法。

 

（4） 采用简便无损的方法来监测管道结垢趋势是十分必要的，结合电化学和声学、光学等多种方法的组合，来感知水质结垢的严重程度，预测结垢位置，对于提高管输效率降低能耗是十分重要的。