长3储层复合防垢剂的筛选及性能评价

付文耀，郑建刚 (中石油长庆油田分公司第十二采油厂，甘肃 庆阳 745100)郑延成 (长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州 434023)



长3储层复合防垢剂的筛选及性能评价

付文耀，郑建刚 (中石油长庆油田分公司第十二采油厂，甘肃 庆阳 745100)郑延成 (长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州 434023)

针对长3储层注水结垢问题，选取9种防垢剂测试了其在不同温度和加量时的防垢效果，通过正交试验优化了配方组成，考察了防垢剂在地层水和注入水的混合水样中的防垢效果。优选出复合防垢剂SCA的配方组成为：w(PPMA)∶w(PMPA)∶w(PASP)=1∶2∶2。在70℃、加量为30mg/L和55℃、加量为15mg/L时，复合防垢剂在地层水中的防垢率分别为97.94%和98.50%；55℃下在不同比例的注入水和地层水的混合水样中加入15mg/L的SCA未见垢产生。

复合防垢剂；结垢；优化；防垢率；长3储层

结垢是油田开采过程中不可避免的难题。油田水中含有高浓度易结垢盐离子，由于受到压力、温度和pH值等条件的影响，往往会在注水地层、油套管、井下与地面设备及集输管线等部位结垢[1～3]，从而缩短设备的使用寿命，降低油田的产量。通过添加化学防垢剂来抑制和阻止垢的形成及生长，是一种高效且经济的技术手段，也是油田现行的主要防垢方法。防垢剂主要有天然聚合物类、磷酸类、磺酸类、羧酸类防垢剂等[4～8]。但因各油田的注水条件及地质环境的差异使得结垢状况也不尽相同，单一类型的防垢剂已无法满足油田防垢的生产需求，从种类繁多的防垢剂中进行合理的筛选及优化具有重要意义。

1 试验部分

1.1 主要仪器和试验材料

1)主要仪器有PHS-3C精密pH计，HH-S恒温水浴锅， XCA-80001电热鼓风干燥箱。

2)试验材料有碳酸钙、乙二胺四乙酸二钠、氢氧化钠、无水氯化钙、硫酸钠、碳酸氢钠、钙试剂、无水乙醇、石油醚、丙酮，以上试剂均为分析纯。

按照文献[9]合成的膦基马来酸酐(PPMA)、膦基马来酸-丙烯酸共聚物(PMPA)、天冬氨酸、聚天冬氨酸钠(PASP)，均为实验室合成产物。三亚乙基二膦酸(HEDP)、聚马来酸(HPMA)、氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、钡锶专用阻垢剂(TH-607B)、乙二胺膦酸钠(EDTMPS)取自山东泰和水处理厂；阻垢剂PBTCA、WT-100取自长庆油田。

1.2 地层水与水源井水的组成

1.3 性能测试方法

防垢性能按照SY/T 5673-93《油田用防垢剂性能评定方法》进行测试。将矿化水按成垢离子分别配为A、B液。A液含有CaCl2、MgCl2、NaCl，B液含有NaHCO3、Na2CO3、NaCl、Na2SO4。取2个瓶子，向1#瓶中加入50ml A液、2#瓶中加入50ml B液，再向1#瓶中加入一定量的防垢剂(1mg/ml)，摇匀，封好瓶口，将1#瓶和2#瓶放置到设定好温度的水浴锅中恒温0.5h。然后混合，试验温度下恒温24h。取出称重，与恒温24h之前的质量作对比，质量损失≥0.5g，须向瓶中加入蒸馏水以补充恒温期间的水分损失，并记录垢的大致形状及多少。按照标准中的计算公式计算防垢率。

2 结果与讨论

2.1 单一防垢剂的筛选

2.1.1 不同温度下的防垢性能

试验选取的防垢剂有HEDP、HPMA、ATMP、TH-607B、PMPA、EDTMPS、PASP、PSSA和天冬氨酸。在70～90℃下，以高矿化水为介质评价了防垢剂加量为10mg/L和20mg/L时的防垢率，试验结果如表1所示。

表1 单一防垢剂不同加量和温度下的防垢率

图1 70℃时不同加量下单一防垢剂的防垢率

从表1中可以看出，70℃下，加量为10mg/L时，防垢率大于30%的有：PPMA、PMPA、PASP、EDTMPS、HPMA和TH-607B。加量为20mg/L时，防垢率由大到小且大于60%的防垢剂有：PPMA>PMPA>PASP>HPMA>EDTMPS。90℃下加量为20mg/L时，防垢率由大到小排列顺序为：HPMA>PPMA>PASP> PMPA。可以看出温度升高，防垢剂的络合能力降低，防垢效果减弱。综合而言，PMPA、EDTMPS、PASP的防垢效果较好，防垢剂用量大时防垢效果较好。

2.1.2 不同加量下的防垢性能

在70℃下考察了7种单一防垢剂不同加量时的防垢效果，试验结果如图1所示。

表2 70℃下防垢剂正交优化试验

从图1可以看出，单一防垢剂的防垢率随着加量的增加先增加而后趋于平衡；当防垢剂的加量达到30mg/L后，防垢率逐步趋于稳定，此时PPMA的防垢率最高，可达91.86%，PMPA次之，防垢率为88.74%，PASP的防垢效果稍差，防垢率为86.87%，其他几种防垢剂的效果均较差，因此，后续试验选取3种效果较好的防垢剂PPMA、PMPA和PASP进行复配，总加量以30mg/L为宜。

2.2 防垢剂的复配优化

大多数防垢剂呈酸性，在不加碱中和的条件下，固定防垢剂总加量固定为30mg/L，对PPMA、PMPA和PASP这3种防垢剂进行L9(33)的正交试验，试验结果如表2所示。

从表2中可以看出，3种防垢剂复配后PASP对防垢效果的影响最大，其次为PPMA，PMPA最小。在70℃、加量为30mg/L时，优选配方为w(PPMA)∶w(PMPA)∶w(PASP)=1∶2∶2，记为复合防垢剂SCA，此时的防垢率高达97.94%。

2.3 复合防垢剂SCA对现场矿化水的阻垢效果

2.3.1 高矿化水

表3 高矿化水防垢试验结果

选取长庆油田使用的阻垢剂PBTCA、WT-100和HPMA以及优选防垢剂SCA对高矿化水的阻垢效果进行评价。在高矿化水中加入5～15mg/L的复合防垢剂SCA，55℃下恒温24h，测试防垢效果，并与商业阻垢剂HEDP和WT-100以及HPMA进行对比，试验结果如表3所示。

由试验结果可知，在庄73区块高矿化水中，3种商业阻垢剂中HPMA防垢效果最好，在加量为15mg/L时，HPMA防垢率达到96.15%，其次是PBTCA，其防垢率为91.43%。SCA的效果最好，在加量5mg/L和15mg/L时的防垢率可以达到92.31%和98.50%。

2.3.2 高矿化水与水源井水的复配

表4 加入15mg/L的SCA后高、低矿化水混合结垢试验

将庄73区块矿化水(高矿化水)和模拟水源井水(低矿化水)过滤漂浮物后使用。以高矿化水为A液，低矿化水为B液，加入15mg/L的SCA后，将其按照不同体积比混合，在55℃下测试防垢效果，试验结果如表4所示。

由试验结果可见，加入少量SCA对不同矿化水的混合具有抑制效果。

3 结论

1)从单一防垢剂中筛选出防垢效果较好的防垢剂有PASP、PPMA和PMPA，在70℃、加量为30mg/L时，其防垢率分别为91.86%、88.74%和86.87%。温度提高，防垢效果降低。

2)复合防垢剂SCA优选配方为w(PPMA)∶w(PMPA)∶w(PASP)=1∶2∶2，在70℃、加量为30mg/L时，防垢效果最好，防垢率高达97.94%。

3)55℃下防垢剂SCA在加量为15mg/L时可以使高矿化水的防垢率达到98.5%；在高矿化水与水源井水的混配水样中加入15mg/L的SCA后无沉淀，说明筛选出防垢剂对现场注入水有很好的防垢效果。

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[3]许素鹏，邢晓轲.油田注水结垢综述及阻垢剂研究进展[J].许昌学院学报，2013，32(2)：93～98.

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[9] 郑延成，李克华，周爱莲.适用于高矿化度环境的含磷缓蚀阻垢剂[J].工业水处理，2003，23(8)：19～23.

[编辑] 赵宏敏

2016-09-15

国家自然科学基金项目(51474035)。

付文耀(1965-)，男，高级工程师，现主要从事石油开采技术方面的研究工作；通讯作者：郑延成, 教授，zhengycg@163.com。

TE358.5

A

1673-1409(2016)34-0042-04

[引著格式]付文耀，郑建刚，郑延成.长3储层复合防垢剂的筛选及性能评价[J].长江大学学报(自科版)，2016,13(34)：42～45.