油田注水系统高效阻垢剂的研制
Outline:
沈哲
,
杨鸿鹰
,
闫旭涛
,
覃小焕
,
郭一平
收稿日期：2011-07-18
基金项目：延长石油集团有限责任公司科技攻关项目“油田注水化学品配伍性及加药工艺研究”(ycsy2011ky-A-10)
摘要：针对油田注水系统结垢危害进行了详细探讨，并结合目前阻垢剂研制的现状，合成开发出新型SW—639阻垢剂，该产品具有优良的阻垢分散性能、缓蚀性能及耐温性较好等特点，在延长油田注水系统中得到很好的应用
关键词：结垢 注水 阻垢剂 延长油田
Development of a scale inhibitor for the sewage injection system in oilfield
Outline:
Shen Zhe
,
Yang Hongying
,
Yan Xutao
, et al
Institute of Water Technology, Petroleum and Chemical Research and Design Institute of Shaanxi Province, Xi′an 710054, Shaanxi, China
Abstract: Scaling hazards of water injection system were discussed, and a new scale inhibitor of SW-639 was developed by combined with the current situation of synthetic scale inhibitors. The product has good scale inhibition and dispersion properties, corrosion performance and good temperature resistance, and it is well used in Yanchang oilfield.
Key words:
scaling water injection scale inhibitor
在注水中，由于压力、温度等条件的变化以及水的热力学不稳定性和化学不相溶性，往往会造成注水地层、地面设备及集输管线出现结垢，导致处理设备的效率降低，严重影响了油田正常生产[1]。新型SW—639阻垢剂是根据国内外对有机膦系列阻垢剂结构和阻垢机理的研究，结合目前含磷阻垢剂结构和特点合成出的大分子结构的有机膦系列阻垢剂。由于增加了-CH2-，相对分子质量随之增大，磷的含量明显降低；在-CH2-增加的同时，分子结构中起关键阻垢作用的-PO(CH)2基团数量增加，阻垢性能得到显著的增强。
1 油田注水系统结垢的危害
油田注水系统结垢危害有：①悬浮于水中的颗粒堵塞贮油层，或在贮油层表面结成固体的垢，导致原油产量下降；②降低供、注水管道和油管的有效直径，摩阻增大，使管线回压升高，输送泵能耗上升；③易引发垢下腐蚀造成管道穿孔[2]。
2 SW-639产品介绍
2.1 SW-639产品合成背景
从长远发展看，研发符合环境保护要求的无磷或低磷、非氮和可生物降解的环境友好型阻垢剂将成为水处理领域中最主流的研究方向。复合配方具有比单一药剂更好的阻垢缓蚀性能，弥补单一药剂结构上的缺点，并能适当降低有效药剂的含磷量，是目前阻垢缓蚀剂配方开发的主要方向。因此，在油田水处理中，将低含磷有机化合物的高效性与可生物降解阻垢剂的环境友好性进行复合，既可满足阻垢性能高的需要，又符合环保的要求。
2.1.1 合成思路
将具有络合作用的多甲叉磷酸(低磷)与具有很强分散作用的多元共聚物进行不同比例混合，并加入少量缓蚀剂进行复配合成实验，在一定条件下合成出具有很强缓蚀阻垢性能的新型高效阻垢剂SW-639。
2.1.2 产品特点
SW-639通过络合增溶作用，能提高对Ca2+的容忍度，通过晶格畸变作用，破坏垢物形成和增长的条件，并能很好地分散水中微溶性盐类，是阻垢性能优良兼具缓蚀效果的高效阻垢缓蚀剂。指标见表 1。
表 1
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表 1 产品性能指标
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2.2 选择阻垢剂的考虑因素
选择阻垢剂时主要要考虑：①分析垢样的主要成分，找出成垢的主要离子，有针对性选择阻垢剂，取得好的阻垢效果；②阻垢剂的效果受过饱和程度影响，少量垢时阻垢剂有好的效果，结垢速度高时，要根据结垢的严重程度选择阻垢剂及其投加量；③阻垢剂与系统中的其它药剂是否起反应而抵消各自的效果；④阻垢剂使用的上限温度[3]。
2.3 产品合成及性能评价
(1) 水质分析。延长油田某注水站伴采系统运行一段时间后，管内壁结生大量水垢，严重影响水系统集输和注入注水井的水量，且垢下腐蚀也较严重，造成部分设备的穿孔，严重影响油田的正常生产运行[4]。该采油厂注水系统进水口水质分析见表 2。
表 2
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表 2 污水水质分析
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(2) 结垢成分分析。对污水结垢的垢样采用X-射线衍射方法进行了组成分析，结果见表 3。
表 3
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表 3 结垢成分X-射线分析
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由表 3可以看出，成垢类型主要为CaCO3，其中含极少量的MgCO3垢。
(3) 几种阻垢剂的阻垢效率。用4种有机膦阻垢剂及聚合物对CaCO3阻垢性能进行了对比实验。由图 1可知：在油田采出水体系中Ca2+比较高的情况下，BHMTPMPA表现出优异的阻垢性能。
(4) SW-639阻垢效果。将BHMTPMPA与具有很强分散作用的多元共聚物和助剂进行复配，在一定条件下得到了SW-639阻垢剂，其加量与阻垢率的关系见图 2。由图 2可知：加量为50 mg/L，阻垢效果最好，阻垢率为90.4%。当加量为60 mg/L时反而剧烈下降，这是因为阻垢剂存在溶限效应[5]，因此选择50 mg/L的阻垢剂的加量，可满足保护储层的要求。
(5) SW-639复合型阻垢剂性能对比。将SW-639阻垢剂与目前延长、长庆油田正在使用的部分阻垢剂进行对比，加量为50 mg/L，结果见表 4。
表 4
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表 4 阻垢剂性能对比
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由表 4可知：SW-639阻垢性能较好，在加量为50 mg/L时能达到90.4%，阻垢性能均优于其他现场正在使用的阻垢剂。
对垢样碳酸钙晶体加药前后进行照摄SEM照片，见图 3。由图 3可知：在这些微小晶体成长过程中，SW-639加入到水溶液中，对成垢的金属阳离子具有整合作用，在晶格中占有一定位置，可阻碍或干扰无机盐微晶的正常生长，致使无机盐晶格畸变，防止微晶沉积成垢，达到阻垢的目的。
(6) SW-639复合型阻垢剂缓蚀效果评价。由表 6可知：SW-639不但阻垢性能优异，而且有较好的缓蚀性能，表现出良好的一剂多效性。
表 5
表 5 SW-639与油田现用的几种缓蚀剂的缓蚀性能对比
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表 5 SW-639与油田现用的几种缓蚀剂的缓蚀性能对比
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(7) SW-639复合型阻垢剂在现场的应用。现场利用中试装置进行药剂评价，结果见表 6。
表 6
表 6 SW-639复合型阻垢剂在现场采出水处理中的应用
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表 6 SW-639复合型阻垢剂在现场采出水处理中的应用
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(8) SW-639复合型阻垢剂与其他助剂配伍性实验。将SW-639复合型阻垢剂与其他几种药剂进行配伍性实验。由表 7可知，该药剂与其他助剂具有良好的配伍性，其他注水处理药剂对阻垢剂的阻垢效率影响不大，且与季铵盐类和戊二醛类杀菌剂具有一定的协同效应。
表 7
表 7 SW-639复合型阻垢剂与其他助剂配伍性实验
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表 7 SW-639复合型阻垢剂与其他助剂配伍性实验
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2.4 温度对SW-639阻垢率的影响
温度对SW-639阻垢剂的影响见图 4。由图 4可知：随着温度的升高，阻垢剂阻垢率有一定程度的下降。在温度为100 ℃时下降明显，说明其使用上限温度为100 ℃。
3 结论
(1) SW-639是阻垢性能优良兼具缓蚀效果的高效阻垢剂；
(2) SW-639缓蚀阻垢性能明显优于延长油田和长庆油田现场使用的部分缓蚀阻垢剂，具有优良的阻垢分散性能且耐温性较好；
(3) SW-639药剂适宜投加浓度为30 mg/L~50 mg/L，能够较好地控制采油污水腐蚀结垢。
2012, Vol. 41