堿性條件下硅結垢機理及防垢措施研究

劉銳（東北石油大學石油工程學院， 黑龍江 大慶 163318）

堿性條件下硅結垢機理及防垢措施研究

劉銳（東北石油大學石油工程學院， 黑龍江 大慶 163318）

在油氣田開發工程中，三元復合驅中的硅垢形成問題，是目前科研項目中需著重解決的問題之一，本文列出了硅垢的形成機理，硅垢形成后對地下油氣層的影響及開采設施的危害，并列舉了目前常用的抑垢措施，提出了未來防垢領域的發展方向。

油田；硅垢；防垢

隨著石油儲量的日益匱乏，用三元復合液驅油已經成為采油工程中主要的驅油方式，然而復合液中的堿性成分與油藏中的一些巖石礦物質極易發生反應，并且打破地層中原有的離子平衡。當混合溶液被采出，上升到井口附近時，由于溫度和壓力都與井下不同，所以此時易發生混流，混流的形成易導致混合垢的形成，混合垢的成分大多是硅酸鹽。因而，容易造成井下流通不暢，嚴重時會發生卡泵等問題。為避免這種情況，或將發生幾率降到最小，對堿性作用下硅結垢機理及防垢措施進行了研究。

1 硅垢的形成機理

地殼中的巖石，組分非常復雜，由不同性質的化學及物理組分組成，因而造成了溶解度不同這一特點。地下礦物質組成成分多為含Al、Mg元素的硅酸類沉淀物。所以在采出后，混合液中含有豐富的鹽類化合物，Na、K、Mg、Ca、Fe的化合物比較多見。

三元復合驅油過程中，首先，混合溶液中的堿與巖石礦物發生反應，把固體形式的鈣、鎂化合物，轉變成離子形式的鈣、鎂離子，又與地層中的二價陰離子（OH-、CO32-）形成鈣、鎂的氫氧化物及碳酸物沉淀。其次，這些陽離子又與被堿化時產生的陰離子（SiO32-、AlO2

-）形成硅酸鹽沉淀。隨著流體的運移，這些固體沉淀極易滯留在采油設備的各個表面上，久而久之，變成了垢，就是硅垢。

采出液中的硅酸鹽以不同的形式存在，這與環境的酸堿性有很大關系。當環境接近中性時，大多以Si（OH）4的形式存在；當環境為偏酸性時，硅離子很少與OH-結合；當環境為偏堿性時，大部分以Si（OH）3形式存在；當環境為強堿性時，硅離子將變成Si（OH）2。

硅垢的存在，不僅會使油層及井下系統存在阻塞的危險，如果大量的聚集于表面上，它對采油系統的靈敏度、準確度以及設備的壽命方面都會造成影響，所以硅垢的防治意義重大。

2 硅垢防治法

地殼中的含硅量大概在26.30%左右，僅次于氧的含量，在三元復合液驅油過程中，由于堿和聚合物的作用，運行期間必然會隨復合液的流動攜帶大量的硅元素，流經之處，都有附著之上成垢的可能性，硅垢的聚集，會對整個井下系統造成影響，而且井下系統結構復雜，維修起來很麻煩。因此，結垢的防治問題是重中之重，不可回避。

2.1 化學法防垢

就是在注入復合液采油之前，將特殊化學物質（防垢劑）混摻到復合液中，來達到防止硅垢過早形成的目的。其原理：后推硅垢形成的最初時間，使析出物以懸浮狀態存在，盡量使自由的硅離子及已經沉淀的硅化物在流出系統之后才開始成垢，在系統內時都是以溶液或懸浮物的形式存在，避免其成垢，很大程度的抑制了硅垢的形成。

在目前的科研開發中，非常重視對防垢劑的研發，最常見的有以下四種類型的防垢劑。

（1）胺類聚合物 胺類聚合物防垢劑上的胺基可與SiO2表面大量的硅羥基Si—OH形成氫鍵、靜電鍵或偶極鍵作用，產生有效的吸附，從而改變SiO2的生長過程，達到阻硅效果。

（2）羧酸類聚合物 羧酸類聚合物防垢劑中的羧基官能團通過氫鍵相互作用與硅酸分子發生鍵接，被鏈接的硅酸分子很難再與其他硅酸分子形成較大的硅酸膠團。

（3）磺酸類聚合物 磺酸類聚合物防垢劑含有強電離的磺酸基團，可強烈吸附溶液中的Ca2+、Mg2+等陽離子，抑制鈣凝膠，分散SiO2，能耐高溫。

（4）醚類聚合物 醚類聚合物防垢劑的分子中引入了醚鍵，親水性能更優越，能同時阻止碳酸鈣垢及磷酸鈣垢，具有很高的鈣容忍度，阻垢能力優于有機膦酸，對阻硅垢也十分有效。

2.2 物理法防垢

就是通過物理學方面的預處理工藝來降低硅的濃度，從而防止硅垢的沉積，目前主要有混凝脫硅、超濾脫硅、電凝聚脫硅、離子交換脫硅及氣浮脫硅等方法

3 結語

目前，大多數油田常用加入防垢劑的方式，來延緩結垢時間或抑制硅垢的形成，但就現有水平來看，研制的防垢劑大多對鈣鎂垢的防治效果較為明顯，對硅垢的作用偏小，所以在現有基礎上進行研究，應更加注重硅的防治，研發出更具有針對性的防垢劑及防垢措施，而國外對這方面的研究相對較為成熟，我們應多借鑒，達到更高水平的研究成果，解決油氣田生產開發中的這一難題。

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