油田環烷酸鹽的危害及其防治探討

張寧，趙威，曾祥紅，李少鵬，邱爽

油田環烷酸鹽的危害及其防治探討

張寧，趙威，曾祥紅，李少鵬，邱爽

（中海油能源發展股份有限公司采油服務分公司，天津 300452）

環烷酸鹽在油田生產中不僅容易沉積而析出，在泥沙罐或者閥門等形成淡黃色的環烷酸-泥沙沉積物，而且會對生產流體產生很穩定的乳化，影響油水分離。總結了環烷酸鹽形成的機理和目前的防治措施，開展了防治環烷酸鹽的藥劑實驗，化解了環烷酸鹽對穩定生產帶來的挑戰，為其他油田選擇出合適的環烷酸鹽防治的方法提供思路。

環烷酸鹽；堵塞；藥劑

在過去的20多年里，環烷酸鹽已經逐漸成為全球范圍內許多海洋油田生產所面臨的一個嚴峻的挑戰。其原因之一就是因為全球范圍內對重油的開采越來越多，而重油中含有更多的環烷酸。例如歐洲的英國和挪威北海、亞洲的中國渤海及南海海域，以及印尼和文萊，北美墨西哥灣、南美巴西、澳大利亞，非洲的安哥拉，幾乎所有大洲的海洋石油開采都面臨著這些問題［1］。

環烷酸鹽對海上原油開采帶來的問題主要有兩方面：一是許多油田都面臨的問題—原油流動保障問題。因為環烷酸鈣的沉積會嚴重的堵塞原油生產管道、分離器、換熱器、水力旋流器等上部原油處理模塊，從而造成許多意想不到的計劃外生產關斷。二是環烷酸鈉具有表面活性劑的作用，會引起十分穩定的乳化，使油水分離效果變差，水中含油和油含中水都增高［2］。本文通過環烷酸鹽形成機理，研究分析了環烷酸鹽防治的辦法和思路。

1 環烷酸鹽對生產造成的影響

某油田位于渤海灣，其生產設施一共包括六個井口平臺和一艘浮式生產儲卸油裝置（FPSO）。井口平臺產出的生產流體經過海底管道輸送至單點然后進入FPSO生產系統處理。FPSO上部生產模塊一共有兩個平行的生產處理系列。而發生環烷酸鈣堵塞現象的是2系列的生產流程［3］。

油田投產后2年，FPSO生產管線開始出現被環烷酸鈣堵塞的現象。首先是撇油器的油相出口管線被環烷酸鈣完全堵塞，見圖1。之后逐漸出現2系列的電脫水器水相、二級分離器水相出口管線被環烷酸鈣堵塞的情況［4］。在關斷清罐作業期間，從二級分離器內清理出了大量的沉積的環烷酸鈣，見圖2。在清罐作業完成幾個月時間之后，二級分離器的水出口管線又出現了堵塞的情況，二系列的原油生產水換熱器中也發現了大量沉積的環烷酸鹽，環烷酸鹽堵塞了換熱器的換熱管［5］。

圖1 被環烷酸鈣堵塞的生產管道

圖2 二級分離器內部沉積的環烷酸鈣

以上的各種現象都表面，油田二系列的原油處理流程中環烷酸鹽沉淀堵塞管道和設備的問題已經嚴重的威脅了正常生產。為了能夠解決這一問題，油田針對環烷酸鹽的形成和治理進行了一系列的研究。

2 環烷酸鹽形成和防治理論分析

2.1 成分分析

在對環烷酸鹽的初期調研階段。為了確定各個井口平臺產液所含環烷酸的類型及環烷酸鹽沉淀的成分，對井口產液和環烷酸鹽沉淀進行分析。分析結果如表1所列。

表1 沉淀物及各井口生產液環烷酸成分分析

從分析結果可以看出，沉淀物中二元酸和ARN酸占很大一部分。目前研究認為，導致環烷酸鹽沉淀的首要最重要的因素就是ARN酸［2］。而從分析結果來看，整個油田只有WHPE平臺產液含ARN酸。可以確定是WHPE平臺產液所含的環烷酸導致二系列的環烷酸鹽沉淀的產生。

2.2 環烷酸及其鹽的成垢機理

油田委托專業機構采用EDS、XRD、XRF和SEM等先進分析手段對垢樣分析，評價得出環烷酸及其鹽類垢樣構成，是以難溶性鹽類為主體的一種不溶性固體。此外還夾雜了大量的瀝青質、環烷酸和膠質等天然有機物。同時研究表明環烷酸在有瀝青質存在時，可促進固體顆粒聚集直至成垢。分子動力學模擬證實了這種由于瀝青質與顆粒的相互作用的不穩定性導致了結垢。

圖3 分子動力學模擬圖

2.3 環烷酸鹽防治分析

目前各個油田防控環烷酸鹽帶來的影響通常有兩種思路：給生產液中加酸來降低生產水的pH值以及研發環烷酸鹽抑制劑［6］。

環烷酸與生產水混合后通常會分解并和金屬鹽離子反應。通過給系統中加酸降低pH值會減少環烷酸羧基上質子氫的電離分解，阻斷了環烷酸與金屬鹽離子的反應，從而達到防治環烷酸鹽生成的目的。實驗研究表明當系統的pH降低到6以下能有效地防止環烷酸沉淀的生成［7］。目前應用最廣泛的是乙酸，不過有的油田也應用鹽酸、甘醇酸等。用酸來防治環烷酸鹽不僅能防治環烷酸鹽的生成，還能溶解管線設備內已經沉淀的環烷酸鹽。但是這樣的方法最大的缺點就是在安全環保方面的影響。例如給生產系統加入過多的酸會引起管道和設備的腐蝕，同時對于海上油田而言，運輸存儲大量的酸液本身就對后勤供給運輸有很大的挑戰和風險［8］。

在過去的15年里，許多油田都針對自己油田的實際情況開始研究環烷酸鹽抑制劑來取代酸液加注。這些環烷酸鹽抑制劑有多種工作原理［9］：表面活性物質在油水界面聚集從而阻止環烷酸與金屬離子接觸反應；或者是一種高效的破乳劑，最大限度地減少乳化和油水界面，從而破壞環烷酸鹽生成的條件。在許多油田現場通常將這兩種方法結合起來使用，有的還會添加其他藥劑，例如反相破乳劑，以期獲得更好的效果［10］。

3 油田環烷酸鹽防治實踐

為了防治環烷酸鹽的危害，油田針對生產狀況展開環烷酸鹽抑制劑實驗。對環烷酸鹽抑制劑首先展開了取樣瓶試。先通過瓶試對比沉淀的生成，效果良好。之后展開流程加注實驗。為了優化藥劑的注入速率同時評價藥劑的加注效果，在試驗過程中設立了一系列的數據監測。主要的監測指標及分析方法列為表2。

表2 數據檢測方案

通過對流程加入不同濃度的抑制劑，檢測一、二級分離器、電脫水器油相含水及水相含油及環烷酸，生產水泵濾器環烷酸鹽沉淀結果如表3。

表3 加入不同濃度抑制劑數據檢測結果

從分離器的油相含水與藥劑加注量變化趨勢可以看出，該次實驗加注的環烷酸鹽抑制劑對分離器油相的含水并沒有明顯的影響。分離器水相出口的水含油變化趨勢與藥劑加注量的變化可以看出，實驗加注的藥劑對于分離器水相的出口和排海水質沒有明顯影響。本實驗過程中監測了二級分離器生產水泵過濾器上沉積的環烷酸鹽的量，以及分離器水相出口的環烷酸鹽懸浮物，發現抑制劑加藥濃度在110～130 mg·L-1明顯減少。

對試驗結果分析，該藥劑的加入并不會對油含水和沉淀有明顯的影響。在每周對二級分離器生產水泵濾器的檢查可以發現濾器上沉積的環烷酸鈣明顯減少，在停止注入藥劑后，濾器上環烷酸鈣沉積的速率又會增加。這說明實驗所用藥劑對環烷酸酸鹽的沉淀有一定的抑制作用。

4 結束語

從現場試驗結論來看，該環烷酸抑制劑在一定的加藥濃度時取得了較好的效果，抑制了環烷酸鹽的產生和沉淀，環烷酸鹽抑制劑的技術路線是可行的。通過抑制劑的加注，可以使環烷酸鹽在油相中穩定，水相中使其向油相轉化，從而不與顆粒物及瀝青等結垢，大大緩解了環烷酸鹽沉淀對油田穩定生產帶來的困擾。

［1］高延敏, 陳家堅. 環烷酸腐蝕研究現狀和防護對策［J］. 石油化工腐蝕與防護, 2000, 17 (2): 7.

［2］梁春雷, 陳學東, 艾志斌, 等. 環烷酸腐蝕機理及其影響因素研究綜述［J］. 壓力容器, 2008, 25 (5): 7.

［3］陳碧鳳, 楊啟明. 常減壓設備環烷酸腐蝕分析［J］. 腐蝕科學與防護技術, 2007, 19 (001): 74-76.

［4］QUADROS F M D, FREITAS M B D, CARMEN S, et al. Redox status regulation and action of extra- and intravascular defense mechanisms are associated with bean resistance against Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli［J］., 2021, 257（5）: 1457-1472.

［5］韓香云, 王遵堯, 楊春生,等. 苯砜基環烷酸酯類化合物的結構與急性毒性關系的密度泛函理論研究［J］. 環境科學學報, 2005, 25 (6): 840-844.

［6］敬和民, 鄭玉貴, 姚治銘, 等. 環烷酸腐蝕及其控制［J］. 石油化工腐蝕與防護, 1999, 16 (1): 6.

［7］MOHAMMED M A, SORBIE K S, SHEPHERD A G. Thermodynamic Modeling of Naphthenate Formation and Related pH Change Experiments［J］., 2009, 24 (03): 466-472.

［8］Vindstad J E , Bye A S , Grande K V , et al. Fighting Naphthenate Deposition at the Heidrun Field［C］// International Symposium on Oilfield Scale，2003.

［9］李志強, 柯偉. 煉油廠環烷酸腐蝕研究與進展［J］. 石油化工腐蝕與防護, 1999, 16 (2): 5.

［10］朱明. 不黏輪乳化瀝青制備及性能評價［J］. 遼寧化工，2021，50 （10）：1464-1470.

Discussion on the Harm and Prevention of Naphthenate in Oil Fields

,,,

（CNOOC Energy Technology & Oil Production Service Co., Tianjin 300452, China）

Naphthenates are not only easy to deposit and precipitate in oilfield production to form light yellow naphthenic acid-silt deposits in silt tanks or valves, but also produce stable emulsification of production fluids, which affects oil-water separation. In this article, the formation mechanism of naphthenate was summarized, as well as the current prevention and control measures. And chemical experiments for the prevention and control of naphthenate were carried out, the challenge of naphthenate to stable production was resolved, providing ideas for selecting suitable naphthenate prevention methods for other oilfields.

Naphthenate; Blocking; Chemicals

TE869

A

1004-0935（2022）04-0556-03

2021-11-26

張寧（1989-），男，江蘇徐州人，工程師，2012年畢業于東北石油大學石油工程專業，研究方向：海上油田油氣水處理、油氣輸送以及提高采收率等。