電磁除防垢機(jī)理理論概述

孟慶鵬等

摘 要：油田的實(shí)際開發(fā)中，結(jié)垢問題已經(jīng)成為一個(gè)必須解決的嚴(yán)峻問題。電磁除防垢技術(shù)通過電磁除防垢裝置對(duì)流體進(jìn)行磁處理，從而影響或改變流體中物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)而最終達(dá)到除垢防垢的目的。本文結(jié)合油田結(jié)垢物的結(jié)垢機(jī)理理論，分析總結(jié)了電磁處理除防垢的機(jī)理理論。電磁除防垢技術(shù)具有低成本、無污染等優(yōu)勢(shì)，在解決油田結(jié)垢問題領(lǐng)域擁有廣闊前景。

關(guān)鍵詞：電磁；除垢；防垢

引言

電磁除防垢技術(shù)屬于物理方面的一種應(yīng)用技術(shù)，不但具有操作簡單、使用省時(shí)省力、成本相對(duì)較低、不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染等特點(diǎn)，同時(shí)還具有防垢除垢和滅藻殺菌的作用而日益引起人們的關(guān)注。但電磁除防垢的機(jī)理問題始終未有權(quán)威的研究結(jié)論以及許多因素都可以對(duì)電磁除防垢的效果產(chǎn)生影響，使得電磁除防垢技術(shù)的應(yīng)用范圍相對(duì)狹隘。下面對(duì)電磁除防垢機(jī)理理論進(jìn)行簡要的概述。

1 變頻共振斷裂理論

水經(jīng)過磁作用，水的滲透性增強(qiáng)，增加了水的溶解度，減少系統(tǒng)壁上垢物的沉積，進(jìn)而防垢。液體分子由于交變磁場引起了分子內(nèi)的共振；同時(shí)這種交變磁場還能夠增強(qiáng)分子內(nèi)部的振動(dòng)，使分子內(nèi)部的鍵合變動(dòng)，從而影響分子的構(gòu)形。實(shí)驗(yàn)表明，水經(jīng)過磁化后，增強(qiáng)了分子的內(nèi)振動(dòng)，使得分子達(dá)到一種振動(dòng)激發(fā)的狀態(tài)，大的水分子團(tuán)斷裂成單個(gè)的極性水分子，水的活化性大大提高，對(duì)垢物的溶解度也大幅度增強(qiáng)，微小的極性水分子可以對(duì)垢物進(jìn)行滲透、疏松甚至溶解，使得水中結(jié)垢的幾率大大降低，從而達(dá)到除垢的目的。

因?yàn)樗诓煌瑮l件下的自然固有頻率存在很大差異，因而采用變頻共振技術(shù)，其不斷變化的頻率幾乎可以覆蓋所有水質(zhì)的自然固有頻率，能夠使得即使是不同水質(zhì)條件下的水分子或垢粒子，也可以產(chǎn)生共振，最終達(dá)到除垢、防垢的目的。

2磁場晶體畸變理論

結(jié)垢晶粒的大量形成，使得很大部分鈣鎂離子等與負(fù)離子結(jié)合的機(jī)會(huì)大幅度增加，大量的鈣鎂等離子由于電磁場電磁力的作用轉(zhuǎn)移了電子云的方位導(dǎo)致這些離子被誘導(dǎo)極化。并且存在誘導(dǎo)電磁矩，誘導(dǎo)電磁矩使得晶體微粒間發(fā)生排斥現(xiàn)象，晶粒由于誘導(dǎo)極化電磁矩而產(chǎn)生的排斥作用會(huì)消解和分散垢物晶粒或者使其懸浮于液體中，即使晶體能夠長大，也會(huì)改變 結(jié)晶的狀態(tài)，晶粒變得細(xì)小，有紋理，堅(jiān)實(shí)致密，結(jié)構(gòu)緊密的長方石結(jié)晶晶體變?yōu)槭杷桑緵]有附著力的文石晶體，這樣就起到了防垢的目的。

3管壁電荷聚集理論

水溶液經(jīng)過電磁場處理之后，強(qiáng)大的電磁場的磁場作用使得溶液中的水分子和其中存在的大量離子產(chǎn)生了微弱的感生電流，于是系統(tǒng)管壁上積聚了大量的電荷，使得管壁呈現(xiàn)陰極化。同時(shí)大量的離子和水分子呈現(xiàn)出了相反性質(zhì)的電荷，則系統(tǒng)管壁處在陰極保護(hù)中，溶液中因電荷相同而發(fā)生排斥作用，垢物不易形成，另外，大量氫離子聚集到管壁上，防止垢物的沉積，也會(huì)起到使得管壁清潔的作用。

4晶粒變小理論

采用了顯微鏡觀察和拍照的手段以此觀察研究水中污垢晶體的大小在磁場處理前后的變化程度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，污垢晶體在磁場處理前顯示是有一定晶面的晶體狀，而水中的污垢晶體在磁處理后竟然變成了圓球狀，從這一方面考慮，表明了磁處理使水中的污垢晶體在磁處理后可能破碎成了更加細(xì)小的微粒，因此阻礙了污垢晶體的成長，使其不能繼續(xù)粘結(jié)，從而達(dá)到防垢的效果。杜娜德等研究過海水經(jīng)過磁場處理后的結(jié)垢狀況，研究結(jié)果表明，溶液的結(jié)晶成核過程在經(jīng)過磁場處理后發(fā)生了顯著的大幅度的改變，晶粒尺寸變小。

5氫鍵變形理論

因?yàn)樗菢O性分子，電磁場中電磁作用對(duì)水進(jìn)行處理后，水就會(huì)產(chǎn)生定向極化作用，這種作用可以造成氫鍵的變形甚至氫鍵的局部斷裂。氫鍵局部斷裂，電磁場就把大分子團(tuán)的水切割成了雙分子或者單分子的小分子團(tuán)，導(dǎo)致單個(gè)的小分子大量占據(jù)水體的空間間隙，使得水中結(jié)垢物質(zhì)的晶體難以形成，有效的抑制了污垢的形成。

同時(shí)，由于在磁場中，所以各種離子和帶點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)之間存在洛侖茲力，因?yàn)槁鍋銎澚Φ闹苯幼饔茫沟盟想x子或帶電質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行了反向運(yùn)動(dòng)，反向運(yùn)動(dòng)使其相互碰撞，最終正負(fù)離子或結(jié)垢質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生了數(shù)量一定的“離子締合體”。這種締合體，不易沉積且易懸浮于液體中，同時(shí)很難在管壁上附著，而且還具有一定程度的穩(wěn)定性。

6磁感應(yīng)理論

如果將做螺旋運(yùn)動(dòng)的帶電粒子的軌跡當(dāng)做通電線圈，其中的帶電粒子看做是線圈中的磁鐵，則電荷電性相同的相鄰帶電粒子，在相同的磁場作用下，因運(yùn)動(dòng)方向相同而產(chǎn)生相同方向的約束力，產(chǎn)生了互相吸引的電磁相互作用，帶電粒子間的互相作用力也是減小了的。所以無論相鄰帶電粒子所帶的是同性還是異性電荷，經(jīng)過磁處理后粒子間的相互作用力會(huì)變得較弱，難以生成穩(wěn)固的粒子團(tuán)，這樣就起到了防垢的目的。

7 其他機(jī)理理論

（1）腐蝕產(chǎn)物影響說

磁處理加速了腐蝕溶解，在溶液中生成了大量的而家鐵離子和三價(jià)鐵離子等，而這些離子能夠影響垢的生成過程，從而產(chǎn)生軟垢，達(dá)到防垢的目的。

（2）晶體概率說

水溶液由于電磁場處理而導(dǎo)致溶液中存在的大量水分子以及離子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了程度相對(duì)明顯的改變，使得溶液的粘聚力明顯降低，溶液的溶解度也相對(duì)增大，最終成垢晶體形成長大的概率大大降低，不能沉積成垢。

（3）雙電層作用說

溶液經(jīng)過磁場作用處理后，使得溶液中的粒子產(chǎn)生了電位變化，加速了溶液中粒子的聚集，從而產(chǎn)生了大量的微粒，使得晶核更容易形成，大量晶核的形成使得溶液的過飽和度大幅度的降低了，使得大量晶體懸浮于溶液中，且由于電位存在，管壁上難以形成質(zhì)地堅(jiān)硬的硬垢，從而達(dá)到了除防垢的目的。

8 總結(jié)

目前對(duì)于磁處理的防除垢機(jī)理的研究理論還沒有統(tǒng)一的權(quán)威的都被認(rèn)可的理論，一方面是因?yàn)榇蟛糠值慕Y(jié)論是建立在實(shí)踐的基礎(chǔ)上，而實(shí)驗(yàn)條件的不同就導(dǎo)致了結(jié)果的不同；另一方面是研究的對(duì)象，無論是電磁場還是流體內(nèi)部分子和離子的狀態(tài)的變化，都是微觀層面上的變化，很難準(zhǔn)確的研究。從宏觀上和微觀層面研究磁處理的除防垢機(jī)理，對(duì)于提高磁處理技術(shù)在防除垢領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)具有重要意義。

[1]陸柱.油田水處理技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，1990：138-139

[2]陳遠(yuǎn)清.油井結(jié)垢機(jī)理研究與防治[J].內(nèi)蒙古石油化工，2009，15（4）： 85-88

[3]任紅偉.注水管內(nèi)壁鉆通清洗機(jī)理及除垢系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D].山東：中國石油大學(xué)，2011

[4] J S Baker. Magnetic Amelioration of Scale Formation[J]. Wat.Res.1996，30（2）：249-256.

第一作者簡介：孟慶鵬，生于1987年，2012年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）油氣田開發(fā)工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)從事機(jī)械采油相關(guān)專業(yè)的工作。地址：山東東營西三路306號(hào)（257000）。