一种防蜡防垢防腐合金材料及装置和应用的制作方法

本发明属于采油装置，具体涉及一种防蜡防垢防腐合金材料及装置和应用。

背景技术：

1、伴随油田开采进入中高含水期，采出液成分复杂，结蜡结垢腐蚀现象越来越突出，结蜡结垢腐蚀导致管道堵塞，增加了油田生产维护的成本，迫切需要采取安全环保低成本高效率防蜡防垢防腐措施。

2、化学阻垢剂造价相对低廉，对多种类型的垢体均有良好的去除效果，所以在国内外油田均比较受欢迎。它的原理在于综合增溶、凝聚和静电排斥等多种效用，但主要存在两大缺点：第一，药剂难进行生物降解，对地层环境带来一定危害；第二，成本越来越高，随着油田开采进入中高含水期，污水含量不断增加，原油占比不断降低，药剂费用在采油成本中所占比例不断增加。

3、设备类是在工艺流程上安装设备，通过设备对输送介质的作用达到阻垢的目的。主要有：高压静电水处理、变频电子水处理、磁性防蜡器、加热阻垢装置等，但因需要配套电器元件支持设备运行，存在安装复杂，维护成本高，能源依赖性大，使用效果不稳定等问题。

4、亟需一种环保防蜡防垢防腐剂和/或防蜡防垢防腐装置。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的上述问题，本发明提出了一种防蜡防垢防腐合金材料及装置和应用。

2、第一方面，本发明提出了一种防蜡防垢防腐合金材料，合金材料中各成份的重量百分比含量为：48wt％<cu<61wt％、17wt％<zn<22wt％、12wt％<ni<17wt％、1wt％<pb<3wt％、4wt％<sn<7wt％、0.2wt％<fe<0.5wt％、0.001wt％<sb<0.005wt％。

3、作为本发明的具体实施方式，合金材料中金属cu与金属zn的重量比为：55wt％<cu<60wt％、19wt％<zn<21wt％。

4、作为本发明的具体实施方式，合金材料中各成份的重量比含量为：cu＝57.38wt％、zn＝20.13wt％、ni＝15.17wt％、pb＝1.76wt％、sn＝5.2wt％、fe＝0.35wt％、sb<0.005wt％。

5、作为本发明的具体实施方式，合金材料中p<0.04wt％。

6、防蜡原理：原油中的蜡和沥青质在自然状态下以胶束形式存在，被胶质分子胶溶在一起的。胶束为极性基团，都朝着中心聚集，这通常也称之为“外油内水”或“油包水”乳化结构。在油井生产过程中，油流从油井底部上升到井口或通过输油管线输送时，压力和温度等环境因素都会发生改变，“油包水”乳化结构将失去平衡而被破坏，蜡和沥青质都将从油包水乳化液中释放出来。当温度较低时，释放出来的蜡和沥青质将逐渐结晶附着于管壁或设备表面上，而引起结蜡和沥青质的危害。当油流通过井下“三防”装置与装置合金材料接触时候，合金材料的电化学催化作用，将更加稳定这种油包水的乳化结构。阻止蜡和沥青质从胶束结构中释放出来，从而保证原油流动无阻碍和管壁清洁无蜡沉积，改善原油的流动性能。

7、防垢原理：水在自然界中是以极性分子形式存在的，它始终围绕在其它离子四周。水分子h2o由一个氧原子和两个氢原子构成，通过共价键结合，共价键之间形成104.5度夹角。因为呈角度分布，而且分子不对称。在负电荷周围，正电荷不均匀分布。作用不能相互抵消，两者都有自己的电荷中心，分子出现正负极而成为有极分子，大家称为“水偶极子”。共价键氧的一侧带负电(-)，氢的一侧带正电(+)。因为偶极子有正极与负极，活像小磁铁。分子的正极吸引邻近分子的负极，分子的负极吸引邻近分子的正极。

8、当水温升高或其它条件变化时，水偶极子极性就会弱化，磁性减弱。金属离子和酸根离子分别和水分子分离并结合形成垢沉积下来。井下三防装置内芯的材质含有铜、锌、镍等九种不同的金属成分，这些金属可以形成一种特殊的电化学催化体。

9、合金所包含的元素的电负性比液相中的离子要低，装置通过电化学的方式使流体产生极化效应。当流体流过芯片时，使水分子进一步极化，形成极性更强的“水偶极子”；当温度和其它条件发生变化时，它能将金属离子和酸根离子有效吸附在它的两端。流体中的固相颗粒受其作用的影响始终处于悬浮状态和溶解状态。碳酸镁(mgco3)和碳酸钙(caco3)是形成石灰类垢的主要成分，但它们需要硅石(sio2)、氧化铝(al2o3)或硫酸钙(caso4)作为黏结剂，把它们黏结在一起，如同它们在自然界中的情况一样。

10、胶体物质，包括硅石、氧化铝和黏土(sio2·al2o3·2h2o)，悬浮于水中时，通常带负电荷。如果这些负电荷(额外的电子)得到中和(移去额外的电子)，则胶体发生凝聚、沉淀，并与碳酸钙、碳酸镁以及硫酸钙相结合，形成典型的石灰质垢。这种垢的密度和硬度随硅石、氧化铝和/或硫酸钙含量增加而增大。对于已经形成的垢，由于三防装置技术对垢晶格的破坏作用，使老垢晶格键断裂破坏，吸附于垢晶格上的硅石、氧化铝等粘结剂将从已生成的垢晶格上脱离，由于钙和镁元素以及带负电荷的硅酸根(sio2-)和铝酸根(al2o3-)的脱离，垢晶格便逐渐遭到破坏，将老垢清除。

11、防锈原理：锈是铁在特殊情况下的典型腐蚀产物。锈的形成需要三步电化学反应：

12、1.金属表面的阳极区域(阳极)发生金属的溶失。对于铁的情况来说，铁(fe0)氧化为铁离子(fe2+)而溶解于水中。

13、2.形成铁离子(fe2+)的结果，使两个电子从铁(fe0)原子上脱离而流向阴极区域(阴极)。

14、3.水溶液中的氧(o2)移动到阴极，结合那两个流向阴极的电子，在阴极区域生成氢氧根离子(oh-)，从而完成电流循环。反应如下：

15、1.)阳极反应：fe0→fe2++2e-

16、2.)阴极反应：1/2o2+h2o+2e-→2(ho-)

17、3.)或e-+h+→h0

18、如果缺氧，氢离子(h+)在阴极区域代替氧而参加反应(反应式(3))，完成电流循环。铁离子(fe2+)与氢氧根离子(oh-)化合生成氢氧化亚铁，如下式所示：

19、4)fe2++2oh-→fe(oh)2

20、当氢氧化亚铁发生氧化反应就生成铁锈：

21、5)2fe(oh)2+1/2o2→fe2o3·2h2o

22、当水流通过装置与合金材料接触时候，合金材料的微电场，使水分子极化，形成“水偶极子”；

23、水偶极子的正极端将被碳钢表面的外层电子所捕获；

24、在碳钢的表面形成一水膜，对碳钢表面起保护作用防止进一步的氧化。

25、本发明中的上述原料及配件均可自制，也可商购获得，本发明对此不作特别限定。

26、第二方面，本发明提供了第一方面所述的合金材料在采油装置、输油装置领域中的应用。

27、第三方面，本发明提供了一种防蜡防垢防腐装置，装置包括油管和一片或多片合金芯片，合金芯片外径与油管内径适配依次置于油管内；所述合金芯片的材质为第一方面所述的合金材料。

28、作为本发明的具体实施方式，所述油管两头连接螺杆。

29、作为本发明的具体实施方式，所述合金芯片为带圆孔的圆饼状，所述合金芯片厚度与直径比例为1：(4-10)，所述合金芯片上的圆孔面积占合金芯片总面积的8-35％；所述合金芯片数量为3-10片；优选为4-6片，所述合金芯片之间等距或不等距，优选为等距设置。

30、作为本发明的具体实施方式，所述合金芯片之间通过圆形挡环间隔距离；所述最两端的合金芯片的挡环通过螺纹与油管侧壁连接固定。

31、第四方面，本发明提供了第三方面所述的防蜡防垢防腐装置在采油、输送油领域中的应用。

32、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

33、本发明的防蜡防垢防腐合金材料，无磁，没有任何磁性。

34、本发明的防蜡防垢防腐合金材料无电，工作时不需要任何外接电源，可以满足任何防爆要求。

35、本发明的防蜡防垢防腐合金材料无化学药品，对处理的流体不造成任何化学污染，有利于减少或根除外排污染。

36、本发明的防蜡防垢防腐合金材料电化学催化过程为非牺牲反应过程，始终不会改变其本身的特性和工作性能，降低后期维护成本。

37、本发明的防蜡防垢防腐合金材料耐高温，不受磁场，噪音等因素的影响，对安装位置无任何特殊要求。

38、本发明的防蜡防垢防腐合金材料无任何电气元件，无运动机械件，安装和维护简便。