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摘 要：油田的实际开发中，结垢问题已经成为一个必须解决的严峻问题。电磁除防垢技术通过电磁除防垢装置对流体进行磁处理，从而影响或改变流体中物质的物理化学性质而最终达到除垢防垢的目的。本文结合油田结垢物的结垢机理理论，分析总结了电磁处理除防垢的机理理论。电磁除防垢技术具有低成本、无污染等优势，在解决油田结垢问题领域拥有广阔前景。
关键词：电磁；除垢；防垢
引言
电磁除防垢技术属于物理方面的一种应用技术，不但具有操作简单、使用省时省力、成本相对较低、不会对环境产生污染等特点，同时还具有防垢除垢和灭藻杀菌的作用而日益引起人们的关注。但电磁除防垢的机理问题始终未有权威的研究结论以及许多因素都可以对电磁除防垢的效果产生影响，使得电磁除防垢技术的应用范围相对狭隘。下面对电磁除防垢机理理论进行简要的概述。
1 变频共振断裂理论
水经过磁作用，水的渗透性增强，增加了水的溶解度，减少系统壁上垢物的沉积，进而防垢。液体分子由于交变磁场引起了分子内的共振；同时这种交变磁场还能够增强分子内部的振动，使分子内部的键合变动，从而影响分子的构形。实验表明，水经过磁化后，增强了分子的内振动，使得分子达到一种振动激发的状态，大的水分子团断裂成单个的极性水分子，水的活化性大大提高，对垢物的溶解度也大幅度增强，微小的极性水分子可以对垢物进行渗透、疏松甚至溶解，使得水中结垢的几率大大降低，从而达到除垢的目的。
因为水在不同条件下的自然固有频率存在很大差异，因而采用变频共振技术，其不断变化的频率几乎可以覆盖所有水质的自然固有频率，能够使得即使是不同水质条件下的水分子或垢粒子，也可以产生共振，最终达到除垢、防垢的目的。
2磁场晶体畸变理论
结垢晶粒的大量形成，使得很大部分钙镁离子等与负离子结合的机会大幅度增加，大量的钙镁等离子由于电磁场电磁力的作用转移了电子云的方位导致这些离子被诱导极化。并且存在诱导电磁矩，诱导电磁矩使得晶体微粒间发生排斥现象，晶粒由于诱导极化电磁矩而产生的排斥作用会消解和分散垢物晶粒或者使其悬浮于液体中，即使晶体能够长大，也会改变 结晶的状态，晶粒变得细小，有纹理，坚实致密，结构紧密的长方石结晶晶体变为疏松，基本没有附着力的文石晶体，这样就起到了防垢的目的。
3管壁电荷聚集理论
水溶液经过电磁场处理之后，强大的电磁场的磁场作用使得溶液中的水分子和其中存在的大量离子产生了微弱的感生电流，于是系统管壁上积聚了大量的电荷，使得管壁呈现阴极化。同时大量的离子和水分子呈现出了相反性质的电荷，则系统管壁处在阴极保护中，溶液中因电荷相同而发生排斥作用，垢物不易形成，另外，大量氢离子聚集到管壁上，防止垢物的沉积，也会起到使得管壁清洁的作用。
4晶粒变小理论
采用了显微镜观察和拍照的手段以此观察研究水中污垢晶体的大小在磁场处理前后的变化程度，结果发现，污垢晶体在磁场处理前显示是有一定晶面的晶体状，而水中的污垢晶体在磁处理后竟然变成了圆球状，从这一方面考虑，表明了磁处理使水中的污垢晶体在磁处理后可能破碎成了更加细小的微粒，因此阻碍了污垢晶体的成长，使其不能继续粘结，从而达到防垢的效果。杜娜德等研究过海水经过磁场处理后的结垢状况，研究结果表明，溶液的结晶成核过程在经过磁场处理后发生了显著的大幅度的改变，晶粒尺寸变小。
5氢键变形理论
因为水是极性分子，电磁场中电磁作用对水进行处理后，水就会产生定向极化作用，这种作用可以造成氢键的变形甚至氢键的局部断裂。氢键局部断裂，电磁场就把大分子团的水切割成了双分子或者单分子的小分子团，导致单个的小分子大量占据水体的空间间隙，使得水中结垢物质的晶体难以形成，有效的抑制了污垢的形成。
同时，由于在磁场中，所以各种离子和带点质点之间存在洛仑兹力，因为洛仑兹力的直接作用，使得水合离子或带电质点进行了反向运动，反向运动使其相互碰撞，最终正负离子或结垢质点之间产生了数量一定的“离子缔合体”。这种缔合体，不易沉积且易悬浮于液体中，同时很难在管壁上附着，而且还具有一定程度的稳定性。
6磁感应理论
如果将做螺旋运动的带电粒子的轨迹当做通电线圈，其中的带电粒子看做是线圈中的磁铁，则电荷电性相同的相邻带电粒子，在相同的磁场作用下，因运动方向相同而产生相同方向的约束力，产生了互相吸引的电磁相互作用，带电粒子间的互相作用力也是减小了的。所以无论相邻带电粒子所带的是同性还是异性电荷，经过磁处理后粒子间的相互作用力会变得较弱，难以生成稳固的粒子团，这样就起到了防垢的目的。
7 其他机理理论
（1）腐蚀产物影响说
磁处理加速了腐蚀溶解，在溶液中生成了大量的而家铁离子和三价铁离子等，而这些离子能够影响垢的生成过程，从而产生软垢，达到防垢的目的。
（2）晶体概率说
水溶液由于电磁场处理而导致溶液中存在的大量水分子以及离子的运动状态发生了程度相对明显的改变，使得溶液的粘聚力明显降低，溶液的溶解度也相对增大，最终成垢晶体形成长大的概率大大降低，不能沉积成垢。
（3）双电层作用说
溶液经过磁场作用处理后，使得溶液中的粒子产生了电位变化，加速了溶液中粒子的聚集，从而产生了大量的微粒，使得晶核更容易形成，大量晶核的形成使得溶液的过饱和度大幅度的降低了，使得大量晶体悬浮于溶液中，且由于电位存在，管壁上难以形成质地坚硬的硬垢，从而达到了除防垢的目的。
8 总结
目前对于磁处理的防除垢机理的研究理论还没有统一的权威的都被认可的理论，一方面是因为大部分的结论是建立在实践的基础上，而实验条件的不同就导致了结果的不同；另一方面是研究的对象，无论是电磁场还是流体内部分子和离子的状态的变化，都是微观层面上的变化，很难准确的研究。从宏观上和微观层面研究磁处理的除防垢机理，对于提高磁处理技术在防除垢领域的认识具有重要意义。
[1]陆柱.油田水处理技术[M].北京：石油工业出版社，1990：138-139
[2]陈远清.油井结垢机理研究与防治[J].内蒙古石油化工，2009，15（4）： 85-88
[3]任红伟.注水管内壁钻通清洗机理及除垢系统设计研究[D].山东：中国石油大学，2011
[4] J S Baker. Magnetic Amelioration of Scale Formation[J]. Wat.Res.1996，30（2）：249-256.
第一作者簡介：孟庆鹏，生于1987年，2012年毕业于中国石油大学（华东）油气田开发工程专业，获硕士学位，现从事机械采油相关专业的工作。地址：山东东营西三路306号（257000）。
关键词：电磁；除垢；防垢
引言
电磁除防垢技术属于物理方面的一种应用技术，不但具有操作简单、使用省时省力、成本相对较低、不会对环境产生污染等特点，同时还具有防垢除垢和灭藻杀菌的作用而日益引起人们的关注。但电磁除防垢的机理问题始终未有权威的研究结论以及许多因素都可以对电磁除防垢的效果产生影响，使得电磁除防垢技术的应用范围相对狭隘。下面对电磁除防垢机理理论进行简要的概述。
1 变频共振断裂理论
水经过磁作用，水的渗透性增强，增加了水的溶解度，减少系统壁上垢物的沉积，进而防垢。液体分子由于交变磁场引起了分子内的共振；同时这种交变磁场还能够增强分子内部的振动，使分子内部的键合变动，从而影响分子的构形。实验表明，水经过磁化后，增强了分子的内振动，使得分子达到一种振动激发的状态，大的水分子团断裂成单个的极性水分子，水的活化性大大提高，对垢物的溶解度也大幅度增强，微小的极性水分子可以对垢物进行渗透、疏松甚至溶解，使得水中结垢的几率大大降低，从而达到除垢的目的。
因为水在不同条件下的自然固有频率存在很大差异，因而采用变频共振技术，其不断变化的频率几乎可以覆盖所有水质的自然固有频率，能够使得即使是不同水质条件下的水分子或垢粒子，也可以产生共振，最终达到除垢、防垢的目的。
2磁场晶体畸变理论
结垢晶粒的大量形成，使得很大部分钙镁离子等与负离子结合的机会大幅度增加，大量的钙镁等离子由于电磁场电磁力的作用转移了电子云的方位导致这些离子被诱导极化。并且存在诱导电磁矩，诱导电磁矩使得晶体微粒间发生排斥现象，晶粒由于诱导极化电磁矩而产生的排斥作用会消解和分散垢物晶粒或者使其悬浮于液体中，即使晶体能够长大，也会改变 结晶的状态，晶粒变得细小，有纹理，坚实致密，结构紧密的长方石结晶晶体变为疏松，基本没有附着力的文石晶体，这样就起到了防垢的目的。
3管壁电荷聚集理论
水溶液经过电磁场处理之后，强大的电磁场的磁场作用使得溶液中的水分子和其中存在的大量离子产生了微弱的感生电流，于是系统管壁上积聚了大量的电荷，使得管壁呈现阴极化。同时大量的离子和水分子呈现出了相反性质的电荷，则系统管壁处在阴极保护中，溶液中因电荷相同而发生排斥作用，垢物不易形成，另外，大量氢离子聚集到管壁上，防止垢物的沉积，也会起到使得管壁清洁的作用。
4晶粒变小理论
采用了显微镜观察和拍照的手段以此观察研究水中污垢晶体的大小在磁场处理前后的变化程度，结果发现，污垢晶体在磁场处理前显示是有一定晶面的晶体状，而水中的污垢晶体在磁处理后竟然变成了圆球状，从这一方面考虑，表明了磁处理使水中的污垢晶体在磁处理后可能破碎成了更加细小的微粒，因此阻碍了污垢晶体的成长，使其不能继续粘结，从而达到防垢的效果。杜娜德等研究过海水经过磁场处理后的结垢状况，研究结果表明，溶液的结晶成核过程在经过磁场处理后发生了显著的大幅度的改变，晶粒尺寸变小。
5氢键变形理论
因为水是极性分子，电磁场中电磁作用对水进行处理后，水就会产生定向极化作用，这种作用可以造成氢键的变形甚至氢键的局部断裂。氢键局部断裂，电磁场就把大分子团的水切割成了双分子或者单分子的小分子团，导致单个的小分子大量占据水体的空间间隙，使得水中结垢物质的晶体难以形成，有效的抑制了污垢的形成。
同时，由于在磁场中，所以各种离子和带点质点之间存在洛仑兹力，因为洛仑兹力的直接作用，使得水合离子或带电质点进行了反向运动，反向运动使其相互碰撞，最终正负离子或结垢质点之间产生了数量一定的“离子缔合体”。这种缔合体，不易沉积且易悬浮于液体中，同时很难在管壁上附着，而且还具有一定程度的稳定性。
6磁感应理论
如果将做螺旋运动的带电粒子的轨迹当做通电线圈，其中的带电粒子看做是线圈中的磁铁，则电荷电性相同的相邻带电粒子，在相同的磁场作用下，因运动方向相同而产生相同方向的约束力，产生了互相吸引的电磁相互作用，带电粒子间的互相作用力也是减小了的。所以无论相邻带电粒子所带的是同性还是异性电荷，经过磁处理后粒子间的相互作用力会变得较弱，难以生成稳固的粒子团，这样就起到了防垢的目的。
7 其他机理理论
（1）腐蚀产物影响说
磁处理加速了腐蚀溶解，在溶液中生成了大量的而家铁离子和三价铁离子等，而这些离子能够影响垢的生成过程，从而产生软垢，达到防垢的目的。
（2）晶体概率说
水溶液由于电磁场处理而导致溶液中存在的大量水分子以及离子的运动状态发生了程度相对明显的改变，使得溶液的粘聚力明显降低，溶液的溶解度也相对增大，最终成垢晶体形成长大的概率大大降低，不能沉积成垢。
（3）双电层作用说
溶液经过磁场作用处理后，使得溶液中的粒子产生了电位变化，加速了溶液中粒子的聚集，从而产生了大量的微粒，使得晶核更容易形成，大量晶核的形成使得溶液的过饱和度大幅度的降低了，使得大量晶体悬浮于溶液中，且由于电位存在，管壁上难以形成质地坚硬的硬垢，从而达到了除防垢的目的。
8 总结
目前对于磁处理的防除垢机理的研究理论还没有统一的权威的都被认可的理论，一方面是因为大部分的结论是建立在实践的基础上，而实验条件的不同就导致了结果的不同；另一方面是研究的对象，无论是电磁场还是流体内部分子和离子的状态的变化，都是微观层面上的变化，很难准确的研究。从宏观上和微观层面研究磁处理的除防垢机理，对于提高磁处理技术在防除垢领域的认识具有重要意义。
[1]陆柱.油田水处理技术[M].北京：石油工业出版社，1990：138-139
[2]陈远清.油井结垢机理研究与防治[J].内蒙古石油化工，2009，15（4）： 85-88
[3]任红伟.注水管内壁钻通清洗机理及除垢系统设计研究[D].山东：中国石油大学，2011
[4] J S Baker. Magnetic Amelioration of Scale Formation[J]. Wat.Res.1996，30（2）：249-256.
第一作者簡介：孟庆鹏，生于1987年，2012年毕业于中国石油大学（华东）油气田开发工程专业，获硕士学位，现从事机械采油相关专业的工作。地址：山东东营西三路306号（257000）。