油田結垢及阻垢劑研究進展

劉志超，劉云鐸，劉博文，馬德勇，徐明月，甄志偉

(東北石油大學化學化工學院，黑龍江　大慶　163318)

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油田結垢及阻垢劑研究進展

劉志超，劉云鐸，劉博文，馬德勇，徐明月，甄志偉

(東北石油大學化學化工學院，黑龍江大慶163318)

在地下原油開采中，地層水中溶解了許多可能導致結垢的陰離子和陽離子，在采油過程中，pH值、溫度、地層壓力的變化導致地下水原有的化學平衡遭到了破壞，結果是析出結晶沉淀，導致垢的形成，嚴重影響了原油產量和采油廠的生產效益。本文對油田結垢的產生原因、影響因素，結垢種類及結垢機理進行了簡要綜述。此外，介紹了油田阻垢劑的發展和阻垢劑的類型。

油田；結垢；阻垢劑

因為硫酸鈣、碳酸鈣、鐵化合物、硫酸鋇、硫酸鍶等種類垢的產生，可能使抽油機、機采井受到阻塞而無法正常運轉，使正常的油田開采根本無法進行，在阻塞嚴重的時候會發生間斷性的停產甚至發生爆炸事故。當前，在很多油田，鈣垢、硅垢的產生引起了很多科研工作者的重視，如何預防結垢、清除鈣垢、硅垢對油田生產的阻礙成為研究的重要內容[2]。

1　油田結垢概況

1.1油田結垢原因及影響因素

1.1.1油田結垢原因

結垢是油田水質控制中遇到最嚴重的問題之一，所謂垢是在一定條件下從水中析出的物質，通常是溶度積很小的無機鹽。結垢可能發生在油田用水系統的任何位置，油井因為鈣垢、硅垢的產生，可能使抽油機、機采井受到阻塞而發生漏失、卡泵或井管磨損、腐蝕而無法完成正常的功能，正常的油田開采根本無法進行，在阻塞嚴重的時候會發生間斷性的停產甚至發生爆炸事故[3]。在地層水的成分、巖石的組成成分發生變化，達到油田回注水利于鈣垢、硅垢形成條件時，鈣垢、硅垢就有可能在地層中有微晶析出，經過一系列的化學反應，最后導致地層中鈣垢、硅垢的產生。形成的鈣垢、硅垢會使地層的孔隙變小甚至堵塞，導致地層吸水指數變小，提高了油田注水井的注入壓力，降低了油井的注入量，最后導致油氣總量下降，降低了地層壓力和注水井的正常吸水能力，降低了油田開采量，影響了油田的高產穩產的效果[4]。

1.1.2油田結垢影響因素

注入水中存在著懸浮固體和多種成垢離子[7]，隨著注入時間地層溶液發生變化，成垢離子間相互結合形成非水溶性的碳酸鹽，一般情況是少量碳酸鹽核心在管道表面形成、附著(主要是水中的懸浮物、油滴和固體顆粒反應成核心)，體系中成垢離子濃度達到一定程度時，不再形成垢物質沉淀，體系逐漸進入平衡狀態，但是體系最終會達到成垢離子的極限平衡[8]。這個極限平衡與體系的溫度、離子組成、熱力學等條件有關，并遵從基本的化學原理。在注入系統中的堿儲罐、堿的輸送泵、靜混器、二元流量計、注入管線、注入泵閥體等部位堆積成垢[9]。

1.2油田結垢類型及結垢機理

1.2.1油田結垢類型

油田現場最常見的垢主要有硫酸鹽垢、碳酸鹽垢和硅酸鹽垢[10]，油田主要垢的種類化學式和影響因素如表1所示。

表1　油田常見垢的種類、化學式和主要影響因素Table 1　Types, chemical formula and main influencing factors of common scale in oil field

油田垢的種類繁多，硫酸鹽垢和碳酸鹽垢在油田最為常見，通常情況水垢組成并不單一，而是以某一種垢為主的混合垢的情況居多[11]。

1.2.2油田結垢機理

結垢機理一般可用圖1的a、b、c、d四步表示。

圖1　垢的形成機理Fig.1　Formation mechanism of scale

通過研究結垢機理和預測方法等，國內外專家學者得到了一系列有效、有針對性的結垢預測技術，如表2所示。

表2　結垢預測技術Table 2　Scaling prediction technique

2　阻垢劑研究進展

目前，油田阻垢劑的種類按照成分劃分為無機物和有機聚合物，按是否環保分為含磷阻垢劑和無磷環境友好型阻垢劑，阻垢劑的主要發展概況如表3所示。

表3　阻垢劑發展概況Table 3　Development of scale inhibitor

油田所用的阻垢劑多為聚合物阻垢劑，根據聚合物阻垢劑成份，分為天然與合成聚合物阻垢劑兩類。

3　結　語

注入水中存在著懸浮固體和多種成垢離子，垢的類型主要有碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇、硫酸鍶、鐵化合物等，阻垢劑的阻垢機理包括反應+絡合(鰲合)機理、晶格畸變機理、靜電排斥機理和分散作用等四種。目前，無磷非氮阻垢劑的研究已成為國內外研究的趨勢，PASP和PESA就是環保型無磷非氮阻垢劑的代表。

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Research Progress on Scaling and Scale Inhibitors for Oil Field

LIUZhi-chao,LIUYun-duo,LIUBo-wen,MADe-yong,XUMing-yue,ZHENZhi-wei

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Northeast Petroleum University,Heilongjiang Daqing 163318, China)

In the process of oil production, the formation water contains a certain concentration ions, because of the formation pressure, temperature, pH, water content and other factors, the change of the original chemical equilibrium of the reservoir. The solubility of the formation decreases, the precipitation of the precipitation would be seriously affected. The cause of formation of oil field, the influence factors, the type of fouling and fouling mechanism were briefly reviewed. In addition, the development of scale inhibitors and types of scale inhibitors was introduced.

oil field; scaling; scale inhibitors

TE99

A

1001-9677(2016)08-0033-03