大分子有機膦阻垢劑篩選及應用效果評價

王 維，海 霞，劉 洋

（1.中國石油長慶油田分公司西安長慶化工集團有限公司，陜西西安 710021；

在油田開發(fā)過程中，地層流體從油氣層流出，經(jīng)井筒、井口最后到地面集輸系統(tǒng)，地層水中的成垢離子受油氣水平衡狀態(tài)的變化以及壓力、溫度的變化等的影響，導致無機鹽垢的沉積而生成垢。同時，在二次采油過程中，注入水與地層水、不同開發(fā)層系地層水的不配伍性，也易產(chǎn)生沉淀、不穩(wěn)定的物質(zhì)。結垢易造成不同程度的管道堵塞和管道腐燭，影響管線輸送效率，同時對于低滲、超低滲油田，結垢可能堵塞油氣滲流通道，重復酸化解堵作業(yè)將大幅提高開發(fā)成本。

本文結合長慶油田a 區(qū)塊水質(zhì)特點，通過室內(nèi)試驗對油田幾種常用的阻垢單劑進行了性能評價和篩選，并通過現(xiàn)場試驗評價應用效果。

1 現(xiàn)場水型及垢樣分析

為全面分析油水井及摻水系統(tǒng)結垢成因，選取該區(qū)塊部分油井對采出液中各離子含量的測定（見表1）。

從表1 看出，該區(qū)塊水型為CaCl2型，由于整個區(qū)塊結垢受多因素的影響，同一區(qū)塊油井、摻水系統(tǒng)成垢因素不同，導致垢質(zhì)組成各異。通過對現(xiàn)場垢樣成分進行分析，該區(qū)塊垢質(zhì)主要以碳酸鹽、硫化物、鐵氧化物、硅酸鹽及少量硫酸鋇等組成（見表2）。

表1 水型分析表

表2 垢樣分析表

2 藥劑選型

阻垢劑的分子結構中都有多個或多種官能團，在水體系中可能表現(xiàn)出鰲合、吸附和分散等作用。同時，多種阻垢劑聯(lián)合使用時，能表現(xiàn)出一定協(xié)同效應，即阻垢效果均比其中一種藥劑單獨使用時的效果要好。通過調(diào)研國內(nèi)各大油田應用的阻垢劑類型，篩選出KYHZ、ATMP、PESA、HPAM、HEDPA、AA/AMPS、大分子有機膦阻垢劑[3、4]、硫酸鈣阻垢分散劑、硫酸鹽分散阻垢劑、緩蝕阻垢劑等10 種不同類型阻垢劑。

3 阻垢劑篩選

3.1 實驗方法

水處理劑阻垢性能的測定采用SY/T 5673-93《油田用防垢劑性能評定方法》。在三角燒瓶中加入一定量的碳酸氫根和鈣離子溶液，然后加入水處理劑制備成試液。在加熱條件下，促使碳酸氫鈣分解為碳酸鈣。達到平衡后測定試液中的鈣離子濃度。鈣離子濃度愈大，則該水處理劑的阻垢性能愈好。采用稀釋倍數(shù)法控制阻垢劑的濃度[5]。

3.2 實驗試劑

3.2.1 模擬地層水溶液的配置

（1）阻碳酸鈣垢試驗用預備液：鈣離子預備液：用無水CaCl2配置成含CaCl211.9 g/L 的水溶液；碳酸根離子預備液：用Na2CO3配置成含Na2CO311.1 g/L 的水溶液。

（2）阻硫酸鈣垢試驗用預備液：鈣離子預備液：用無水CaCl2配置成含CaCl281.60 g/L 的水溶液；硫酸根離子預備液：用NaSO4配置成含Na2SO4106.4 g/L 的水溶液。

3.2.2 其它試劑 EDTA 標準溶液：0.005 0 mol/L；EDTA 標準溶液：0.050 mol/L；NaOH 溶液：0.5 mol/L；鈣試劑：1 %；阻垢劑預備液：稱取0.1 g 阻垢劑，溶于1 000 mL 蒸餾水中。

3.3 阻垢劑單劑的篩選

篩選過程中阻垢性能的檢測依照Q/SYCQ3059-2009（標準規(guī)定60 ℃下，加藥濃度60 mg/L 時，碳酸鈣垢和硫酸鈣垢的阻垢率分別大于65 %和85 %）。

表3 阻垢劑單劑的篩選

由表3 可以看出：無論是原液還是60 %的溶液，碳酸鈣垢和硫酸鈣垢阻垢率較高的阻垢劑單劑為：大分子有機膦阻垢率最佳，硫酸鈣阻垢分散阻垢劑、硫酸鹽分散阻垢劑、緩蝕阻垢劑次之。考慮到阻垢劑之間的協(xié)同效應，進行二元復配。

3.4 二元復配的阻垢劑性能檢測

主劑：大分子有機膦（選擇原因：1、阻垢率最高；2、pH 值為6，對集輸管線不易產(chǎn)生腐蝕）。配劑：硫酸鈣垢分散劑、硫酸鹽分散阻垢劑、緩蝕阻垢劑，將配劑與主劑1:1 復配，編號分別為：1#、2#、3#。

表4 碳酸鈣/硫酸鈣垢的阻垢率

由表4 可看出，3#配方的碳酸鈣垢的阻垢率最高，2#的硫酸鈣垢阻垢率最高；復配方案相比單劑，其阻垢性能降低。因此，選擇大分子有機膦單劑為最終配方。

3.5 配伍性評價

油田生產(chǎn)中常用的油田助劑有殺菌劑、破乳劑和凝劑等，因此開展了大分子有機膦單劑與常用助劑的配伍性實驗。由實驗結果知，在測試體系中加入破乳劑、絮凝劑、殺菌劑對阻垢分散劑的阻垢效果沒有影響。

表5 其他油田助劑對阻垢分散性能影響

4 現(xiàn)場應用

2013 年6月在a 區(qū)塊開展現(xiàn)場試驗，試驗前后注水泵通球壓力由1.2 MPa 下降至0.6 MPa，管輸壓差由1.6 MPa 降至0.8 MPa，管線輸送能力明顯提高，休泵周期由1 次/月降至1 次/3 月；油井平均檢泵周期由400 d 延長至500 d，月酸洗次數(shù)降低4 次。結果表明大分子有機膦阻垢具有良好的阻垢性能，油水井、集輸管線結垢問題得到明顯緩解。

5 結論

（1）室內(nèi)篩選評價結果表明大分子有機膦單劑阻垢性能良好，與硫酸鈣阻垢分散阻垢劑、硫酸鹽分散阻垢劑、緩蝕阻垢劑協(xié)同效應一般，與a 區(qū)塊常用助劑具有較好的配伍性。

（2）大分子有機膦阻垢劑現(xiàn)場適應性較好，能有效緩解a 區(qū)塊采集輸系統(tǒng)結垢問題。下一步將繼續(xù)開展大分子有機膦單劑與其他類型阻垢劑協(xié)同效應的研究，以降低藥劑成本。

［1］ 生許磊.油田阻垢劑的阻垢性能研究［D］.青島：中國海洋大學，2013.

［2］ 胡文庭.延長油田寨科一旦八區(qū)塊配伍性研究及阻垢劑篩選［D］.武漢：長江大學，2010.

［3］ 鄭邦乾，朱清泉.高分子阻垢劑及其阻垢機理［J］.油田化學，1984，（2）：38-45.

［4］ 馬金紅，史江華，等.大分子有機膦阻垢劑的研發(fā)與應用［J］.新疆化工，2012，（1）：24-25+28.

［5］ 海霞，劉真.阻垢劑復配的協(xié)同效應研究［J］.石油化工應用，2012，31（10）：100-102.