新型固體阻垢劑的研究

郭 紅，劉世恩，董雙波

(承德石油高等專科學校石油工程系，河北 承德 067000)

油井及地面管線結垢是油氣田生產過程中遇到的嚴重問題之一，常導致油氣層傷害、油氣井井筒和地面管線阻流、設備損壞等問題，嚴重影響油氣正常生產和油氣田開發效益。為了保證油田的穩產、增產，合理有效地針對油田進行防垢已成為石油工業的重要研究課題之一。

1 母體阻垢劑的合成

1.1 反應機理

工業合成乙二胺四甲叉膦酸通常采用三種方式，一是利用乙二胺、甲醛、三氯化磷合成法;二是用乙二醇為中間介質，三氯化磷和乙二醇反應生成氯化磷酸酯，再與乙二胺和甲醛反應生成乙二胺四甲叉膦酸;三是乙二胺四乙酸與三氯化磷或亞磷酸合成法。生成的乙二胺四甲叉膦酸再用氫氧化鈉中和即得乙二胺四甲叉膦酸(S)。第一種方法具有明顯的經濟優勢，被普遍采用，反應式如下:

反應機理是三氯化磷與水生成亞磷酸，同時在酸性條件下，乙二胺與甲醛作用生成中間產物，中間產物再與與亞磷酸作用生成膦酸得到乙二胺四甲叉膦酸，結構如下:

1.2 實驗過程

在水浴加熱的500 mL四口圓底燒瓶上配備有回流冷凝器、攪拌器、滴液漏斗、鹽酸吸收瓶及溫度計，加入乙二胺和水，再加入甲醛水溶液，后加入三氯化磷，待穩定后(約10 min)，緩慢升高溫度至預定值，再穩定一段時間，吹除反應釋放的鹽酸氣體。冷卻降溫，加入40%氫氧化鈉溶液，中和至pH 9.5～10.5，通過加入不同比例的三氯化磷，合成乙二胺四甲叉膦酸及其衍生物，共有四種不同的產物，用代號FFA、FFB、FFC和 FFD 表示。

2 母體阻垢劑的評價與篩選

污水樣中主要含有Ca2+、Mg2+、Na+、Cl－、HCO2－3及少量SO2－4、Fe3+等離子，成分如表1所示。

表1 東辛采油廠現場污水離子濃度

將FFA、FFB、FFC和 FFD等四個阻垢劑樣品加入到東辛油田現場污水中，實驗溫度為70℃，實驗時間為48 h，測定了其阻垢效果，結果如圖1所示。

從圖1中可以看出，四種樣品阻垢劑均有較好的阻垢效果。當加量達到8 mg/L時，阻垢率均超過85%。FFD在加量超過8 mg/L時，阻垢率迅速下降，所以該產品不適合現場應用。綜合經濟性，FFA的加量10 mg/L、FFC的加量為8 mg/L都是較好的選擇。

3 緩溶型長效阻垢劑的制備

將液體阻垢劑制成固體狀，使其緩慢均勻的溶解或釋放(解吸)出來，是研制長效阻垢劑的關鍵。主要方法有高溫合成法、吸附浸漬法、膠囊包敷法和膠結粘合法[1-3］。本次評價實驗主要采用的是膠結粘合法。

3.1 膠結粘合法

將粘合劑、阻垢劑FFA、增效劑及填充劑等按一定比例混合均勻，放入模具內，加壓制成棒狀或球狀，然后脫水干燥，即可得緩慢釋放型阻垢劑。

3.2 緩溶型阻垢劑的溶解速率實驗

固體阻垢劑的溶解或釋放(解吸)速度關系到其有效期的長短，過快不能起到長效的作用，太慢不能保證其效果[4］。為此，在室內考察了在不同介質和溫度下的溶解或釋放(解吸)情況。將一個直徑為20 mm的球狀阻垢劑懸浮于1 000 mL的不同介質中，待其完全溶解后測定了在不同溫度下平均溶解(釋放)速度。實驗結果如表2、表3所示(N1、N2、N3、N4代表不同的粘合劑)。

表2 固體阻垢劑的靜態平均溶解或釋放速度(室溫)

表3 阻垢劑的靜態平均溶解或釋放速度(60℃)

由上表可以看出，當FFA∶N3∶N4為1∶3∶6時，用有機物、無機物、活性劑和粘合劑復配，膠結粘合法制成的緩慢釋放型固體阻垢劑，用CDFF表示，在水中具有較小的溶解或釋放速度。

3.3 緩溶型長效阻垢劑的阻垢性能

3.3.1 靜態阻垢性能

在24 h內對廣利站污水、辛一站污水、102站污水的阻垢效果如圖2所示。

從圖2中可以看出，隨著溫度的升高，CDFF的阻垢率呈上升趨勢。在80℃時，其阻垢效果最好，對102站污水的阻垢率達到96.5%，對廣利站污水的阻垢率達到90%，滿足油井高溫作業條件。

3.3.2 動態阻垢性能

將球狀CDFF阻垢劑投入廣利站污水、辛一站污水、102站污水中，測定了其在不同時間下的阻垢率，實驗結果如圖3示。

從圖3中可以看出，10 h之內，阻垢效果可達到現場要求，10 h之后，阻垢效果逐漸降低。

綜上所述，CDFF具有較好的阻垢效果，高溫的靜態阻垢率能到96.5%，動態阻垢率能達到82%，基本上可以滿足東辛油田污水系統阻垢的要求，但要選擇合理的投加量，并定期進行檢測。從現階段實驗結果來看，CDFF用于儲罐和鍋爐水的阻垢更好。固體阻垢劑的溶解或釋放速度，對其阻垢效果影響很大，必須在充分考慮其溶解或釋放速度、水質性質、水量和溫度等綜合因素的條件下，通過室內實驗合理確定其有效期和投加量，以確保其效果和有效期。

4 結論

通過阻垢劑的合成和評價優選實驗，選出了阻垢效果和經濟成本均較為理想的阻垢劑樣品FFA;利用膠結粘合法制作的緩溶型長效阻垢劑在室內實驗和現場實驗均取得了較好的阻垢效果。

[1]梁濤.固體緩釋型防腐阻垢劑的研究及應用[D］.大慶:東北石油大學，2006.

[2]王育琳，劉振法，牛吉相，等.乙二胺四甲叉膦酸的合成及應用研究[J］.河北省科學院學報，1999(1):43－46.

[3]黃敏.東辛油田注水系統新型固體緩蝕阻垢劑的開發與研究[D］.杭州:浙江大學，2003.

[4]廣敏，趙修太，賈紅霞，等.固體阻垢劑ZGJ-1的室內研制[J］.西南石油大學學報，2008(2):131－133.