超分子除垢剂在油田除垢中的性能的实验测试

毛 源 唐存知

(中国石化胜利油田分公司河口采油厂， 山东 东营 257200)

油田开发进入高含水期后，注入系统、采出系统和地面集输系统都容易产生结垢的问题。油田注入系统的结垢成分一般主要为非水溶性的碳酸盐，它们附着于泵阀、静混器及注水管网表面，使得注入压力升高、能耗增大；采出系统的结垢成分一般主要是碳酸盐和硅酸盐混合物，严重的结垢会导致卡泵、杆断等现象，造成检泵周期缩短，影响机采井正常生产。

除垢方法包括物理法和化学法。化学法除垢主要是利用化学药剂溶解、清洗管线内沉积的水垢、油污、腐蚀产物等垢质[1-2]。使用化学法除垢，施工相对方便，停工时间短，费用较低，但可能造成腐蚀管线设备、污染空气环境等问题。物理除垢方法有高强声激波除垢、磁场除垢、电场除垢、高压水射流清洗等[3]。使用物理法除垢不会腐蚀设备、污染环境，但施工量较大、费用较高，其适用范围也相对较小，对地下采油管线等设备中的结垢无能为力[4]。比较而言，油田除垢应当以化学法为主，而使用环保型除垢剂将成为油田除垢技术的主要发展方向。

1 超分子缓蚀除垢剂的技术原理

超分子缓蚀除垢剂是用于油田井下、集输系统除垢工程的高级化学清洗除垢剂。它是通过分子的选择性组装作用形成超分子微粒，超分子微粒的外层空电子轨道部分借给金属的自由电子活动，超分子药剂分子就和金属形成稳定的超分子结构，在金属表面组成稳定的超分子膜(如图1所示)。在超分子膜组装形成的同时，由于药剂分子在水里的布朗运动和振动作用，金属表面的各种锈垢、结晶垢、油垢、泥垢等污垢分散溶解到溶液中。同时，形成的稳定、致密的单分子膜层，由于其微观结构的尺寸效应，又能够有效阻止污垢附着。因此，超分子缓蚀除垢剂具有清洗污垢和防腐防垢的双重作用。我们通过室内实验，测试了超分子缓蚀除垢剂的清污防垢性能。

2 实验方案

以胜利油田河口采油厂101号注水站提供的垢样为试验对象。这种垢样是化学驱采油过程中加入的表面活性剂和增黏物的聚合产物，采用常规的酸洗和碱洗化学清洗方法难以彻底清除。

2.1 溶垢率测试

选择两种垢样进行成分质量分析，结果如表1所示。1号垢样为碳酸盐和硅酸盐混合垢，2号垢样的成分以硅酸盐为主。

在实验室配制超分子缓蚀除垢剂溶液，其中除垢剂的质量分数(即溶液浓度)为10%～15%。

每种垢样称取100 g，放置于105 ℃的烘箱中，8 h后取出，置于干燥器内冷却至室温，然后称重(标记W1)。在2个烧杯内各放500 mL配制好的除垢剂溶液，置于恒温水浴箱内，待温度达到45 ℃。然后，将干燥好的垢样放入烧杯溶液中浸泡。浸泡24 h后，过滤残留物。最后将残留物置于105 ℃烘箱中，8 h后取出，置于干燥器内冷却至室温，称重(标记W2)，并计算溶垢率。溶垢率=(W1-W2)÷W1×100%。

图1 超分子缓蚀除垢剂除垢膜化过程示意

表1 垢样成分 单位：%

2.2 腐蚀速率测试

采用挂片矢量法，测试除垢剂溶液在常压静态下的腐蚀速率。将标准N80钢级试片用脱脂棉擦净，用无水乙醇清洗，用冷风吹干，放入干燥器内，20 min后取出称重(精确至0.000 1 g)。根据试片表面积，按20 cm3cm2的用量，量取配制好的除垢剂溶液倒入反应容器，再将反应容器放入恒温水浴箱升温至90 ℃。将称量好的试片单片吊挂，3片一组，分别放入90 ℃的除垢剂溶液中，静态浸泡4 h。然后取出试片，观察腐蚀状况，同时用水冲洗和软毛刷刷洗，再用无水乙醇清洗，用冷风吹干，放入干燥器内，20 min后取出称重，并计算平均腐蚀速率。

3 实验结果与分析

3.1 除垢性能评价

溶垢率测试结果显示，超分子缓蚀除垢剂对两种垢样都有较强的溶蚀作用。其中，对1号垢样的溶垢率为95.1%，对2号垢样的溶垢率为90.2%。在实验过程中看到，浸泡2 h后垢团就明显分散开，无黏性，体积明显变小，除垢剂溶液的颜色变为淡黄色；浸泡16 h后，垢团基本溶解，只有少量沉淀未溶物在底部沉积。比较而言，超分子缓蚀除垢剂对碳酸盐垢的溶蚀速率更高，且明显优于目前现场使用的络合型化学除垢剂。

另外，对两种类型的垢样进行了室内动态模拟试验，测试超分子缓蚀除垢剂的阻垢性能。将垢样放入不同质量浓度的超分子缓蚀除垢剂溶液中，在45 ℃下恒温浸泡24 h。测试结果表明，在溶液浓度为10%时，对碳酸盐垢的阻垢率为85.9%，对硅酸盐垢的阻垢率为72.0%；在溶液浓度为15%时，对两种垢样的阻垢率均在90%以上。

3.2 腐蚀性评价

腐蚀速率测试实验结果(见表2)显示，随着除垢剂浓度的升高，腐蚀速率由0.008 9 g(m2·h)上升至0.014 5 g(m2·h)，但都远远小于常规酸洗标准限制的腐蚀速率(即4 h腐蚀速率≤5 g(m2·h))。由此可见，超分子缓蚀除垢剂的腐蚀性较弱，能够满足油田除垢环保、低腐蚀、不返排的应用要求。

表2 腐蚀速率测试结果(90 ℃)

4 结 语

油田高含水期各系统的结垢，主要成分是碳酸盐及碳酸盐与硅酸盐的混合物，适合采用化学除垢方法。采用化学除垢方法时要注意除垢剂的腐蚀性，避免除垢剂腐蚀采油管线等设备，防止清洗残液污染环境。

实验测试了超分子缓蚀除垢剂的性能。结果表明：质量浓度为10%～15%的超分子缓蚀除垢剂溶液，对油田结垢的溶解率在90%以上，尤其是对碳酸盐垢具有良好的溶解效果；质量浓度为15%的超分子缓蚀除垢剂溶液，对碳酸盐垢和硅酸盐垢的阻垢率都在90%以上；超分子缓蚀除垢剂的腐蚀速率也较低，药剂溶液浓度为15%时，其腐蚀速率仅为0.014 1 g(m2·h)。超分子缓蚀除垢剂具有良好的除垢、防垢和环保性能，在用于油田除垢时应注意根据结垢类型选择配制除垢液浓度，从而更好地实现除垢、防垢和环保的目的。