本文针对深层煤层气采出水在集输系统中普遍存在的结垢问题,运用多种实验手段和技术方法,包括恒温水浴结垢速率检测、高温高压釜结垢速率检测、EDTA阻垢率滴定、电化学测试以及微观原子尺度的理论模拟方法,对比考察了煤层气采出水在不同材质(L245N碳钢、PE(聚乙烯)、PA(聚酰胺))表面,不同工况条件下(温度、压强、有氧或无氧、有Fe3+或无Fe3+)的结垢行为及结垢规律。此外,还评估了 HEDP(羟基亚乙基二膦酸)与PBTCA(2膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸)这两种双效药剂的缓蚀阻垢性能。本文的主要结果如下: (1)管材结垢受多种因素影响。温度升高促进CaCO3成核,结垢速率增大;且同一温度下结垢速率由大到小为PA、PE、L245N。L245N因腐蚀释放Fe2+促进腐蚀产物沉积;PE表面微裂纹增加粗糙度,提供异相成核位点;PA高温水解生成羧基和氨基,增强离子吸附。模拟采出水中添加Fe3+后,L245N钢因氧化还原加速金属溶解,在碳钢表面呈现“低温抑制、高温促进”效应;有氧环境通过氧化反应升高局部pH,加剧CaCO3过饱和及复合垢形成;高压(4.5 MPa)通过抑制CO2溶解及离子迁移降低结垢速率,垢层成分主要为碳酸钙无机盐类。 (2)药剂阻垢率EDTA滴定结果显示HEDP阻垢效果有限,其中针对CaCO3垢的阻垢效果良好,对BaSO4垢效果一般,对SrSO4垢效果较差;且随温度升高和时间延长阻垢效果显著下降。PBTCA对CaCO3、BaSO4、SrSO4垢均有良好阻垢效果,浓度不低于30mg/L即可确保效果。 (3)电化学分析表明,通过加入HEDP缓蚀剂可使腐蚀电流密度显著降低,其通过抑制Fe的阳极溶解主导缓蚀;PBTCA同样可降低腐蚀电流密度,其降幅更大,缓蚀作用更加明显。电化学阻抗谱表明,HEDP组的极化电阻是空白组的2倍,证实其形成高阻隔性吸附膜;PBTCA组电荷转移电阻提升,表明其通过界面双电层结构调整抑制电化学腐蚀。 (4)分子动力学计算结果表明,PBTCA通过多个膦酸基团与Ca2+形成稳定螯合结构,结合能显著高于HEDP,表明其真空下对Ca2+螯合能力更强。水溶液环境中,PBTCA结合能仍高于HEDP,归因于其刚性分子骨架及官能团空间排布优化,可有效抵抗水分子干扰。