新型除碳酸钙垢垢剂溶解实验研究

胡艳雄 汪哲恒

摘      要：在油气田后期开采过程中，随着油田产出水的不断增加，易成垢钙离子大量存在于油田采出水中，这样容易导致工业设备的使用寿命大幅度降低，造成经济损失。因此，解决碳酸钙结垢问题在现代工业生产中非常重要。在研究碳酸钙垢溶解问题上，利用新型T-Z除垢剂来进行碳酸钙的溶解实验研究，在不同浓度的pH环境、不同的震荡时间、不同的温度下，采用失重法计算出碳酸钙垢的除垢率。实验数据得出碳酸钙垢在2 g T-Z除垢剂、0.4 g Z-H助剂、震荡时间为6 h的环境中除垢率效果最为显著，能达到75.43%。碳酸钙垢除垢率在反应温度30 ℃时达到最大，除垢率随着震荡时间的增加有所提高。

关  键  词：碳酸钙垢;除垢劑;油田开采;震荡时间;温度

中图分类号：TQ 016       文献标识码： A       文章编号： 1671-0460（2020）05-0889-04

Abstract： In the later stage of oil and gas field development， as the produced water of the oil field continues to increase， there are a great deal of easily formed scale calcium ions in the oilfield produced water， which easily leads to a significant reduction in the service life of industrial equipment and even the loss of the national economy. Therefore， it is very important to solve the problem of calcium carbonate scaling in modern industrial production. In this paper， based on the study of the dissolution of calcium carbonate scale， the new TZ detergent was used to carry out the dissolution study of calcium carbonate scale. The weight loss method was used to calculate the calcium carbonate scale removal rate under different pH， oscillation time and temperature conditions. The results showed that，when 2 g T-Z was used as scale remover， 0.4 g Z-H was used as additive and oscillating time was 6 h， the scale removal rate was the highest and reached 75.43%. The scale removal rate of calcium carbonate scale reached the maximum at 30 ℃， and the scale removal rate increased with the increase of the oscillation time.

Key words： Calcium carbonate scale; Scale remover; Oil field exploitation; Oscillation time; Temperature

随着油田的不断开采，在其开采过程中，产出水的含量不断增加，油田结垢问题成为现代工业中急于攻克的问题，此问题一直贯穿油田开采过程中[1-3]。

如何清除油田结垢问题则是国内外科学工作者的燃眉之急，除垢剂广泛应用于化工、石油、能源、交通、机电等工业方面，由于其性能和防护技术优良，因此广泛应用于工业生产中。与此同时，除垢剂的使用在某些工业生产中是不可或缺的重要环节。随着除垢剂应用开发的深入，除垢剂的应用和作用功能不断拓宽，除一般性的除垢方法外，着力于开发多种高效、绿色的有机除垢剂[4-6]。在应用中研究适用于液相、气相除垢剂之后，发展具有气液相，气/液/固多相体系的除垢剂。目前除垢剂研究正向高效、多功能、无公害的技术目标发展。针对国民经济建设和工业生产中发生的问题开展除垢剂及其作用机理的研究，取得了多方面的进展。

1  实验部分

1.1  实验仪器及其实验药品

1   1.1.1  实验仪器

（1）恒温搅拌器：控温精度为±1 ℃（江苏省金坛市医疗仪器厂）。

（2）202型电热恒温干燥箱（北京市永光明医疗仪器厂）。

（3）AL204电子天平：感量0.1 mg（梅特勒托利多仪器上海有限公司）。

（4）托盘天平（北京医用天平厂）。

（5）温度计、滤纸、量筒、玻璃棒、容器装置等。

（6）干燥器。

（7）电吹风机。

1.1.2  实验药品

（1）T-Z 除垢剂配方

x（DMA）∶x（NBD-EH）∶x（NaOH）=1∶3∶1（摩尔比）。

（2）Z-H助剂（KOH）。

（3）CaCO3固体（化学试剂）。

（4）蒸馏水。

1.2  实验条件

（1）试验温度为20、30、40、50 ℃。

（2）试验时间6、12、24、48 h。

（3）试验介质Z-H助剂质量分别为0.5、0.4、0.3、0.2、0.1 g。

2  实验结果与讨论

2.1  Z-H助剂的使用量对除垢效果的影响

反应环境的酸碱度是防腐工作的一个重要因素，物质反应的酸碱程度Z-H助剂用量分别为0.5、0.4、0.3、0.2和0.1 g，除垢效果的实验数据见表1。

从表1、图1可知，震荡时间、反应温度一定时，当反应的碱性环境逐步增强时，碳酸钙垢的除垢率先缓慢增加后在Z-H助剂为0.4 g时迅速下降[7]，碳酸钙垢的除垢率在Z-H助剂为0.4 g时有最大值[8，9]。即碳酸钙垢在中性环境或强碱性环境中，其除垢率较低。

2.2   震荡时间对除垢效果的影响

实验研究了碳酸钙垢6、12、24和48 h的除垢效果，结果见表2。

从表2、图2可知，反应温度、溶液pH值一定fg时，溶液刚开始震荡时，碳酸钙垢的除垢效率上升较明显。震荡时间在6～12 h之间时，碳酸钙垢的除垢速率上升的越来越缓慢，在12～48 h的震荡时间范围内，碳酸钙垢的除垢速率上升的越来越快。从五组实验数据整体看来，碳酸钙垢的除垢效果与震荡时间有一定程度的正相关关系。

2.3  温度对除垢效果的影响

温度的变化范围分别为20、30、40、50 ℃，不同温度的除垢效果见表3。

从表3，图3可知，当震荡时间、溶液的pH值一定时，当温度为20～30 ℃时，除垢效率显著上升，当温度上升到30 ℃时，除垢效率达到最大值，平均除垢率达到67%左右。之后当温度上升时，碳酸钙垢的除垢率明显下降。从图表四组实验数据中可以得出，碳酸钙垢的除垢效果随着温度的增加而增加，然后温度为30 ℃时达到最大值之后再下降[10]。

3  结论

（1）除垢剂能很好地加快碳酸钙垢的溶解，使其除垢速率显著增强，在本次研究中T-Z缓蚀剂的含量在2 g左右时，对碳酸钙垢的除垢率有明显提高。

（2）在反应温度和震荡时间一定时，增加Z-H助剂的含量，碳酸钙垢的除垢率有显著提高，但是碳酸钙垢在强碱性环境中，其除垢率下降。因此碳酸钙垢在中性环境或强碱性环境中除垢率较低[11]。

（3）在反应环境酸碱度和震荡时间一定时，当反应温度升高时，碳酸钙垢的除垢速率增大，当温度在30 ℃时，碳酸钙垢的除垢率最大。继续升高温度时，除垢率明显降低。

（4）在反应环境酸碱度和反应温度一定时，当震荡时间延长时，碳酸钙垢的除垢速率缓慢增加，其除垢率有所提高。

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