付文耀，鄭建剛 (中石油長慶油田分公司第十二采油廠，甘肅 慶陽 745100)鄭延成 (長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

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長3儲(chǔ)層復(fù)合防垢劑的篩選及性能評(píng)價(jià)

付文耀，鄭建剛 (中石油長慶油田分公司第十二采油廠，甘肅 慶陽 745100)鄭延成 (長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

針對長3儲(chǔ)層注水結(jié)垢問題，選取9種防垢劑測試了其在不同溫度和加量時(shí)的防垢效果，通過正交試驗(yàn)優(yōu)化了配方組成，考察了防垢劑在地層水和注入水的混合水樣中的防垢效果。優(yōu)選出復(fù)合防垢劑SCA的配方組成為：w(PPMA)∶w(PMPA)∶w(PASP)=1∶2∶2。在70℃、加量為30mg/L和55℃、加量為15mg/L時(shí)，復(fù)合防垢劑在地層水中的防垢率分別為97.94%和98.50%；55℃下在不同比例的注入水和地層水的混合水樣中加入15mg/L的SCA未見垢產(chǎn)生。

復(fù)合防垢劑；結(jié)垢；優(yōu)化；防垢率；長3儲(chǔ)層

結(jié)垢是油田開采過程中不可避免的難題。油田水中含有高濃度易結(jié)垢鹽離子，由于受到壓力、溫度和pH值等條件的影響，往往會(huì)在注水地層、油套管、井下與地面設(shè)備及集輸管線等部位結(jié)垢[1～3]，從而縮短設(shè)備的使用壽命，降低油田的產(chǎn)量。通過添加化學(xué)防垢劑來抑制和阻止垢的形成及生長，是一種高效且經(jīng)濟(jì)的技術(shù)手段，也是油田現(xiàn)行的主要防垢方法。防垢劑主要有天然聚合物類、磷酸類、磺酸類、羧酸類防垢劑等[4～8]。但因各油田的注水條件及地質(zhì)環(huán)境的差異使得結(jié)垢狀況也不盡相同，單一類型的防垢劑已無法滿足油田防垢的生產(chǎn)需求，從種類繁多的防垢劑中進(jìn)行合理的篩選及優(yōu)化具有重要意義。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試驗(yàn)材料

1)主要儀器有PHS-3C精密pH計(jì)，HH-S恒溫水浴鍋， XCA-80001電熱鼓風(fēng)干燥箱。

2)試驗(yàn)材料有碳酸鈣、乙二胺四乙酸二鈉、氫氧化鈉、無水氯化鈣、硫酸鈉、碳酸氫鈉、鈣試劑、無水乙醇、石油醚、丙酮，以上試劑均為分析純。

按照文獻(xiàn)[9]合成的膦基馬來酸酐(PPMA)、膦基馬來酸-丙烯酸共聚物(PMPA)、天冬氨酸、聚天冬氨酸鈉(PASP)，均為實(shí)驗(yàn)室合成產(chǎn)物。三亞乙基二膦酸(HEDP)、聚馬來酸(HPMA)、氨基三亞甲基膦酸(ATMP)、鋇鍶專用阻垢劑(TH-607B)、乙二胺膦酸鈉(EDTMPS)取自山東泰和水處理廠；阻垢劑PBTCA、WT-100取自長慶油田。

1.2 地層水與水源井水的組成

1.3 性能測試方法

防垢性能按照SY/T 5673-93《油田用防垢劑性能評(píng)定方法》進(jìn)行測試。將礦化水按成垢離子分別配為A、B液。A液含有CaCl2、MgCl2、NaCl，B液含有NaHCO3、Na2CO3、NaCl、Na2SO4。取2個(gè)瓶子，向1#瓶中加入50ml A液、2#瓶中加入50ml B液，再向1#瓶中加入一定量的防垢劑(1mg/ml)，搖勻，封好瓶口，將1#瓶和2#瓶放置到設(shè)定好溫度的水浴鍋中恒溫0.5h。然后混合，試驗(yàn)溫度下恒溫24h。取出稱重，與恒溫24h之前的質(zhì)量作對比，質(zhì)量損失≥0.5g，須向瓶中加入蒸餾水以補(bǔ)充恒溫期間的水分損失，并記錄垢的大致形狀及多少。按照標(biāo)準(zhǔn)中的計(jì)算公式計(jì)算防垢率。

2 結(jié)果與討論

2.1 單一防垢劑的篩選

2.1.1 不同溫度下的防垢性能

試驗(yàn)選取的防垢劑有HEDP、HPMA、ATMP、TH-607B、PMPA、EDTMPS、PASP、PSSA和天冬氨酸。在70～90℃下，以高礦化水為介質(zhì)評(píng)價(jià)了防垢劑加量為10mg/L和20mg/L時(shí)的防垢率，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 單一防垢劑不同加量和溫度下的防垢率

圖1 70℃時(shí)不同加量下單一防垢劑的防垢率

從表1中可以看出，70℃下，加量為10mg/L時(shí)，防垢率大于30%的有：PPMA、PMPA、PASP、EDTMPS、HPMA和TH-607B。加量為20mg/L時(shí)，防垢率由大到小且大于60%的防垢劑有：PPMA>PMPA>PASP>HPMA>EDTMPS。90℃下加量為20mg/L時(shí)，防垢率由大到小排列順序?yàn)椋篐PMA>PPMA>PASP> PMPA?？梢钥闯鰷囟壬?，防垢劑的絡(luò)合能力降低，防垢效果減弱。綜合而言，PMPA、EDTMPS、PASP的防垢效果較好，防垢劑用量大時(shí)防垢效果較好。

2.1.2 不同加量下的防垢性能

在70℃下考察了7種單一防垢劑不同加量時(shí)的防垢效果，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

表2 70℃下防垢劑正交優(yōu)化試驗(yàn)

從圖1可以看出，單一防垢劑的防垢率隨著加量的增加先增加而后趨于平衡；當(dāng)防垢劑的加量達(dá)到30mg/L后，防垢率逐步趨于穩(wěn)定，此時(shí)PPMA的防垢率最高，可達(dá)91.86%，PMPA次之，防垢率為88.74%，PASP的防垢效果稍差，防垢率為86.87%，其他幾種防垢劑的效果均較差，因此，后續(xù)試驗(yàn)選取3種效果較好的防垢劑PPMA、PMPA和PASP進(jìn)行復(fù)配，總加量以30mg/L為宜。

2.2 防垢劑的復(fù)配優(yōu)化

大多數(shù)防垢劑呈酸性，在不加堿中和的條件下，固定防垢劑總加量固定為30mg/L，對PPMA、PMPA和PASP這3種防垢劑進(jìn)行L9(33)的正交試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

從表2中可以看出，3種防垢劑復(fù)配后PASP對防垢效果的影響最大，其次為PPMA，PMPA最小。在70℃、加量為30mg/L時(shí)，優(yōu)選配方為w(PPMA)∶w(PMPA)∶w(PASP)=1∶2∶2，記為復(fù)合防垢劑SCA，此時(shí)的防垢率高達(dá)97.94%。

2.3 復(fù)合防垢劑SCA對現(xiàn)場礦化水的阻垢效果

2.3.1 高礦化水

表3 高礦化水防垢試驗(yàn)結(jié)果

選取長慶油田使用的阻垢劑PBTCA、WT-100和HPMA以及優(yōu)選防垢劑SCA對高礦化水的阻垢效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。在高礦化水中加入5～15mg/L的復(fù)合防垢劑SCA，55℃下恒溫24h，測試防垢效果，并與商業(yè)阻垢劑HEDP和WT-100以及HPMA進(jìn)行對比，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，在莊73區(qū)塊高礦化水中，3種商業(yè)阻垢劑中HPMA防垢效果最好，在加量為15mg/L時(shí)，HPMA防垢率達(dá)到96.15%，其次是PBTCA，其防垢率為91.43%。SCA的效果最好，在加量5mg/L和15mg/L時(shí)的防垢率可以達(dá)到92.31%和98.50%。

2.3.2 高礦化水與水源井水的復(fù)配

表4 加入15mg/L的SCA后高、低礦化水混合結(jié)垢試驗(yàn)

將莊73區(qū)塊礦化水(高礦化水)和模擬水源井水(低礦化水)過濾漂浮物后使用。以高礦化水為A液，低礦化水為B液，加入15mg/L的SCA后，將其按照不同體積比混合，在55℃下測試防垢效果，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

由試驗(yàn)結(jié)果可見，加入少量SCA對不同礦化水的混合具有抑制效果。

3 結(jié)論

1)從單一防垢劑中篩選出防垢效果較好的防垢劑有PASP、PPMA和PMPA，在70℃、加量為30mg/L時(shí)，其防垢率分別為91.86%、88.74%和86.87%。溫度提高，防垢效果降低。

2)復(fù)合防垢劑SCA優(yōu)選配方為w(PPMA)∶w(PMPA)∶w(PASP)=1∶2∶2，在70℃、加量為30mg/L時(shí)，防垢效果最好，防垢率高達(dá)97.94%。

3)55℃下防垢劑SCA在加量為15mg/L時(shí)可以使高礦化水的防垢率達(dá)到98.5%；在高礦化水與水源井水的混配水樣中加入15mg/L的SCA后無沉淀，說明篩選出防垢劑對現(xiàn)場注入水有很好的防垢效果。

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[編輯] 趙宏敏

2016-09-15

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51474035)。

付文耀(1965-)，男，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事石油開采技術(shù)方面的研究工作；通訊作者：鄭延成, 教授，zhengycg@163.com。

TE358.5

A

1673-1409(2016)34-0042-04

[引著格式]付文耀，鄭建剛，鄭延成.長3儲(chǔ)層復(fù)合防垢劑的篩選及性能評(píng)價(jià)[J].長江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2016,13(34)：42～45.