采油用回注水缓蚀阻垢剂的研究

赵伟力

摘要：针对大港油田某采油厂回注污水特点，室内研制了回注水用缓蚀阻垢剂。通过正交实验可知，当改性咪唑啉A加量为8%，有机膦酸盐B加量为25%、增效剂C加量为6%，复配出的缓蚀阻垢 剂在污水中加剂量为50mg/L时，污水的腐蚀速率小于0.076mm/a，该剂的缓蚀率可达到85%以上，阻垢率在90%以上，满足大港油田某采油厂回注污水缓蚀阻垢需要。

关键词：回注污水;缓蚀阻垢剂;缓蚀率;阻碳酸钙垢率

引言

根据大港油田某采油廠污水的特点，进行了污水缓蚀阻垢剂的复配研究，通过正交试验确定了污水缓蚀阻垢剂的配方。该缓蚀阻垢剂具有耐高温、用量小、效果显著的特点。

1实验部分

1.1实验污水

水样取自大港油田采油厂的新鲜污水，不含试剂。取样方法参照SY/T 5273-2000《油田采出水缓蚀剂性能评价方法》。取样后密封，12h内使用。

1.2缓蚀阻垢剂的制备

研究了改性咪唑啉a、有机膦酸盐B和增效剂C的缓蚀阻垢剂复配，其中改性咪唑啉a是实验室自制的，其有效含量为80%，呈棕红色液体;有机膦酸盐B是一种外部工业产品，无色液体;增效剂C是一种外部工业产品，白色固体。根据三因素三水平正交试验设计，将改性咪唑啉a、有机膦酸盐B、增效剂C依次加入广口瓶中，最后加入蒸馏水搅拌均匀，即为缓蚀阻垢剂样品，蒸馏水的量不作为调查因素。

1.3评价方法

油田水分析方法。

加缓蚀阻垢剂前后污水静态腐蚀速率和缓蚀速率的评价标准：SY/T5273-2000《油田采出水缓蚀剂性能评价方法》。实验容器是一种商用的带蓝色盖子的广口瓶。首先加入被测缓蚀阻垢剂，然后悬挂挂片。最后，在氮气和氧气驱动后，将新鲜污水直接添加并密封到电热培养箱中进行实验;由于实验温度为70℃，本标准要求的带橡胶塞密封的广口瓶，由于温度过高，软木塞密封不严，经常导致实验失败，而蓝盖广口瓶具有良好的密封性能，避免了这一问题，提高了工作效率。

缓蚀阻垢剂阻垢率评价标准：Q/sy126-2014《油田水处理缓蚀阻垢剂技术规范》。本研究中缓蚀阻垢剂的垢型为碳酸钙垢。因此，本实验仅考察了碳酸钙缓蚀阻垢剂的缓蚀率。

2实验

（1）选用几种氧化型及非氧化型杀菌剂进行杀菌剂性能的初评，初步筛选岀二氯异氤尿酸钠、二氧化氯、戊二醛、1227、异嚷哇琳酮等几种高效杀菌剂。

（2）二氯异氤尿酸钠及二氧化氯等氧化性杀菌剂对油田回注水具有氧化或腐蚀作用，稳定性差，且会快速地被水中的有机物质所消耗从而其需求量明显增加，故考虑使用非氧化型杀菌剂杀菌。

（3）将戊二醛、1227、异嚷哇琳酮复配，实验可知，复配杀菌剂戊二醛/1227、戊二醛/异嚷哇琳酮、1227/异嚷哩琳酮浓度分别为25mg/L、45mg/L、35mg/L时，水质达标，杀菌率分别为99.98%、99.97%、99.98%。三种复配药剂的杀菌成本分别为0.52元/吨、1.40元/吨、0.75元/吨。采用戊二醛/1227作为油田回注水杀菌剂。

（4）缓蚀阻垢剂、除硫剂、杀菌剂三种药剂按照、油田回注水系统的工艺流程中药剂投加先后顺序加入到油田回注水中配伍性好，药剂间的协同作用使药剂的处理效果有一定程度的增强。缓蚀阻垢剂PAPE/HEDP/PAA（质量比2.5：5：1）浓度85mg/L，除硫剂FeCb/PAC浓度120mg/L（其中FeCl3与PAC浓度分别为105mg/L和15mg/L），戊二醛/1227（质量比1：2）25mg/L同时投加时，缓蚀率、阻垢率、杀菌率分别为92.72%、98.21%、100%，剩余硫化物浓度为1.84mg/L，处理一吨水的总成本为2.3元。

2.2结果与讨论

2.2.1腐蚀原因探讨

通过对油田回注水水质的研究可知，污水水质具有矿化度高、氯离子浓度高、硫化物浓度高、细菌数量多等特点，这是造成系统腐蚀结垢严重的主要原因。

水体中含有10000mg/L以上的C「，由于氯离子具有较高的极性和穿透性能，能在金属表面发生优先吸附，特别是在金属表面保护膜有缺陷或薄弱处，氯离子可以达到较高浓度，再加上它的强穿透性，从而导致局部腐蚀，形成蚀坑。这样一方面本身存在盐腐蚀，同时采油过程中的油砂直接附在油套上，具有一定的透气性。

透水性，在油砂附着的铁表面，溶液中的Fe2+与C「，结合形成FeCl2， FeCl2不断水解的结果使附着物下的pH值逐渐下降而成为酸性区。

阳极反应为：Fe-2e-^Fe2+

阴极反应为：2+2田0+4/一40H

附着物下低pH值又导致了氢去极化反应，使油套管附着物下铁表面的腐蚀迅速增加，这就是部分管线穿孔频繁的原因。

硫和硫化物都直接或间接地对污水处理与回注设备有不同程度的腐蚀作用。水中的S2-由于其外层电子云极易变形，穿透能力强，对钢铁具有比C「更强的腐蚀性，因此常在钢铁表面形成局部腐蚀或坑蚀，最终使管壁穿孔，破坏注水系统。

一方面随着温度和压力的变化，含有不同成分的污水会在管壁沉积成垢，且管线垢物的主要成份以CaCCh、CaSO4> Fe2O3为主;另一方面部分腐蚀产物亦在管壁上形成覆盖层。由于垢层和腐蚀产物覆盖层一般难于形成整块致密具有保护性的层，因而加剧腐蚀，在垢下由于电解质和SRB等的作用发生腐蚀，随着腐蚀的进行，在垢下形成一个酸性腐蚀区域（阳极区），从而加快腐蚀引起穿孔。

在厌氧环境中有硫酸盐还原菌（SRB）存在时，与污水接触的钢铁表面可形成若干对腐蚀电池，其反应如下：4Fe一Fe2+ + 3Fe2+ + 8e'

油井采出水中含有较高的SO42-离子，SRB靠它的氢化酶与SO42-进行反应：

4Fe + SO42' + 4H2O 一 FeS + 3Fe（OH）2 + 20H'

由上述分析知，对油田回注水系统腐蚀速率影响较大的主要因素是：高浓度氯离子、硫和硫化物、SRB菌数。因此要控制腐蝕就要去除硫化物及SRB，并投加缓蚀剂降低系统的腐蚀。

2.2.2缓蚀剂的评选

实验釆用三聚磷酸钠，苯并三哇（BTA），多元醇磷酸酯（PAPE），羟基乙叉二勝酸（HEDP）作为缓蚀剂，研究缓蚀性能并筛选出高效缓蚀剂。试验前油田回注水旋转挂片平均腐蚀速率为0.9720mm/a，试片表面结垢严重，附着生长一层坚硬的黑色垢质，酸洗后试片坑蚀严重。不同浓度的四种缓蚀剂的缓蚀率。

加入的四种缓蚀剂在一定的浓度时，均可使油田回注水的腐蚀率达到标准。三聚磷酸钠作为无机缓蚀剂，当投加浓度为220mg/L时，腐蚀率为0.0404mm/a，缓蚀率可达到95.84%o有机缓蚀剂中，HEDP及PAPE较BTA的缓蚀效果好，投加量分别为150mg/L和120mg/L时即可达到出水标准，缓蚀率分别为94.75%和95.33%。而BTA在200mg/L时，腐蚀率才能达到0.0728mm/a，缓蚀率为92.51%。

由于三聚磷酸钠易水解，水解后与水中钙离子生成磷酸钙垢，易促进藻类生长，对铜及铜合金有腐蚀。而HEDP与PAPE化学稳定性好，不易水解，能耐较高温度，且同时具有很好的阻垢作用，故采用HEDP及PAPE作为该油田回注水的缓蚀剂。为了提高缓蚀效率，减少药剂投加量，将两种缓蚀剂进行复配，研究缓蚀性能，提高缓蚀率。

3结论

通过对现场新鲜污水的水质检测，分析了影响污水腐蚀结垢的主要因素，通过正交实验，研制了适合大港油田某采油厂回注污水的缓蚀阻垢剂，结论如下：

1）大港油田某采油厂腐蚀结垢的主要影响因素为高矿化度、水温、细菌和硫化氢;2）当改性咪唑啉A含量为8%，有机膦酸盐B含量为25%、增效剂C为6%，研究出的缓蚀阻垢剂缓蚀率可达到85.36%，阻垢率达到93.25%，适用于大港油田某采油厂注水系统的缓蚀阻垢需要。

参考文献

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