绿色阻垢剂在油田中的应用

杨红丽，骆薇，武存喜，李国荣，侯玉霞

（1.延安职业技术学院，陕西 延安 716000；2.西安职业技术学院 陕西 西安 710077）

在石油生产和化工企业中，很多都需要添加阻垢剂来对于管道和设备的结垢以及腐蚀现象进行预防和处理。在油田相关工作开展中，也需要对于相应设备和管道的结垢和腐蚀问题进行处理[1-4]。传统油田生产中使用的阻垢剂其中还有一定的污染物和毒性，对于生态环境会带来一定的污染。随着人类对于生态保护的意识不断增强，新时期，油田生产中应用阻垢剂，也需要考虑降低污染、保护生态的需要，因此，油田生产中的绿色阻垢剂应用研究备受青睐[5-6]，这是实现油田绿色环保生产的需要。

1 缓蚀阻垢原理分析

在油田生产中，需要用到循环冷却水系统和大量的运输管道及传输设备，而这些设备和管道中的结垢现象是必然的，长期不处理结垢问题，可能导致管道阻塞或设备腐蚀，所以，一般需要通过使用缓蚀阻垢剂来化解。这是一种化学的阻垢方式，就其应用原理来看，主要是通过螯合以及分散作用来阻止污垢或杂质在管道和设备中的黏附[7-11]。阻垢剂可以和管道或设备的金属离子之间产生配位键，这样就会形成一种环状的螯合物，阻垢剂让易结垢离子在没有析出之前稳定的居于管道液体中，这时候的离子无法进一步增大，从而达到阻垢的效果。而分散作用则是因为阻垢剂中有较多的负电基团，能够将结垢中的细小微粒吸附过去，防止晶核不断增大。不过，这里的阻垢剂高分子要分子更小，因为高分子阻垢剂要是过大，则会导致吸附架桥作用更加突出，这时候的阻垢剂可能就变成了混凝剂，这样反而不能阻止晶核变大，其自身就可能变成最大的阻碍。

2 绿色环保阻垢剂类型

2.1 聚天冬氨酸（PASP）

这种阻垢剂的开发灵感来源于海洋生物代谢，是目前开发成功并广泛应用的一种新型绿色阻垢剂，也是现阶段绿色阻垢剂研究的重要对象之一。这一阻垢剂最早于20世纪90年代在美国被开发应用，这种阻垢剂无论是从原料、制备过程还是使用对环境的影响来看，都是十分环保的，阻垢剂的可降解性较好。在针对这类阻垢剂的实验研究中还发现，其成分和葡萄糖降解性能十分类似。相关学者在研究中还发现，针对不同接种量、不同浓度的聚天冬氨酸的溶解速度最快只要4 天，最慢要20 天就能够实现完全降解[12-14]。

就其分子结构来看，主要成分为酰胺键和羧基，属于中性化的阻垢剂。这种阻垢剂能够实现和钙、铁、铜等物质的螯合，能够有效改变钙盐晶体结构，让晶体结构变软，从而实现阻垢的效果。在这类阻垢剂的研究中，为进一步提升阻垢效果，学者们也对于阻垢效果的不同影响因素进行了一一验证，得出最理想的合成方案。此外，研究也进一步探索了在发挥阻垢剂性能的基础上的成本控制方案，探索以聚天冬氨酸为主体的复配物生产，也获得了一定的研究成效。这类物质缓蚀性比较理想，能够和多种离子进行螯合，对于阻止金属腐蚀有很好的应用效果。这种绿色阻垢剂是阳极型，将其添加到不含溶解氧的水中，只需要低浓度的该阻垢剂就能够起到很好的防腐蚀效果[15]。

2.2 聚环氧琥珀酸（PESA）

这是一种不含磷的有机化合物，其应用中的阻垢以及缓蚀效果都非常好。且这种阻垢剂也具备较好的生物降解性，在高碱、高金属含量的液体传输系统中有很好的应用效果，是目前油田管道和设备阻垢的新型绿色材料之一，也是绿色化学的成功开发成果。

现阶段，PESA 的阻垢效果和环保性得到了越来越多的肯定，国内已经有很多企业开始生产这种阻垢剂，相关研究中也积极探索这类阻垢剂的效果优化方案[16-18]。在相关实验中发现，聚环氧琥珀酸针对硫酸钡、碳酸钙、氟化钙以及硫酸钙等结垢现象有很好的处理效果，相比之下，其对磷酸钙结垢问题处理效果相对不足。这种绿色阻垢剂也是美国实验室研制出来的，和上述的PASP 几乎是同一时期问世。在这类物质研究成功后，日本以及其他国家也开始对于这一阻垢剂进行衍生物开发[19]。在这一阻垢剂的实验研究和产品开发中，我国也进行了大量的人力物力和财力投入，获得了一定的成效。就其对结垢的处理原理来看，实验探究了其对碳酸钙的成垢处理过程，研究发现，这种阻垢剂的分散效果非常突出，可以让垢粒延缓增大速度，且其晶格畸变效果也十分突出，可以让钙垢形成的晶体特征明显削弱直至完全消失。在相关实验中，进一步验证了聚环氧琥珀酸对于硫酸钡、氟化钙以及硫酸钙等同样具有很好的阻垢效果。

在使用聚环氧琥珀酸处理结垢问题时，一般其阻垢缓蚀的效果会根据药量投入的增加而不断增强。单独使用这类阻垢剂，只需要很少的量就能够对碳钢起到很好的缓蚀阻垢效果。而随着聚环氧琥珀酸添加量的不断增多，碳钢腐蚀速率也会不断降低。众多实验研究表明，以聚环氧琥珀酸合成的阻垢剂具有很好的阻垢性能，且相关生产原料和使用过程等都十分环保[20]。除碳钢外，单独使用聚环氧琥珀酸来处理结垢的其他金属构件，效果并不是很好，所以需要和其他缓蚀剂进行复配，研发低磷阻垢剂，可以有效增强缓蚀阻垢效果。

2.3 木质素磺酸钠类

对造纸厂废渣污泥中的木质素磺化能够得到木质素磺酸钠，这是一种成本低廉、生物降解性好的天然阻垢剂。将这种木质素磺酸钠和有机磷、锌盐以及苯并三唑等作用，可以复配得出性能比较理想的阻垢剂，且这类阻垢剂中的有机磷含量会明显减少，排放不会造成水体富营养化问题，可以达到环保、绿色的使用效果。在研究中发现，将木质素磺酸钠和丙烯酸接枝，生产的阻垢剂的除垢效率达到60%以上，整体缓蚀阻垢性能比较理想。这类阻垢剂是充分利用了造纸厂的污泥来作为原材料的，可以降低造纸厂的污泥带来的二次污染，还能够变废为宝，用较低的成本来获得绿色阻垢剂的生产原料，是真正的环保型阻垢剂[21]。不过需要注意的是，在造纸厂的污泥中进行木质素磺酸钠的制备，相应制备品质和用纯木质素磺酸钠制备的产物质量还是有一定差距的，不同途径得到的木质素磺酸钠复配得出的阻垢剂性能上存在哪些差异，还需要进一步的实验研究来验证。

3 绿色阻垢剂的发展方向

近年来，随着生态环境的进一步恶化，人们对于生产生活中的生态保护更加关注，尤其是工业生产中，探索绿色、低碳、环保的生产发展模式已经成为一种硬性要求了。油田类生产中，为了阻止管道阻塞和设备腐蚀，会长期使用阻垢剂，传统阻垢剂对于生态环境会带来一定危害，所以研究绿色阻垢剂很有必要。研究发现，有机磷类的阻垢剂在高硬度、高酸碱度以及高温的石油企业开采、机械等冷却水系统中应用效果更好，起到的缓蚀阻垢效果更理想。且使用上述的几种绿色阻垢剂，能够在发挥阻垢效果的同时，有效降低污染，保护环境。

近年来，高分子缓蚀阻垢剂的市场前景以及科技研发都比较好，相对而言，这些阻垢剂产品效果突出，毒性弱，热稳定性理想，能够满足高温工作要求，发挥很好的阻垢效果。目前市场上的阻垢剂很多都是单体投加的，要是将其和其他阻垢剂结合起来应用，能够达到不一样的复配效果，这也是目前绿色阻垢剂研究的重要方向之一[22]。但是可以看到的是，未来的阻垢剂研究中，会越来越关注阻垢剂研发的成本、绿色环保性能。

此外，阻垢剂的反渗透性也是重点研究方向和领域，相关药剂研发人员对标世界一流企业和产品，打造核心技术，对两种进口某品牌8 倍浓缩液、一种进口某品牌5 倍浓缩液、两种国产某品牌反渗透阻垢剂开展研发工作。在试验过程中，研发人员将反渗透系统回收率设定在75%，用碳酸盐沉积法测定自研反渗透阻垢剂阻垢性能。通过试验研发，不断提升阻垢剂的反渗透性能。

4 结束语

目前，绿色环保生产是大势所趋，在油田生产中，也需要迎合时代发展需要，积极探索绿色低碳环保的生产模式。在油田生产中，阻垢剂应用是重要一环，这是保证生产管道和设备有效运行的关键，就目前的油田阻垢剂使用来看，有多种绿色阻垢剂可供选择，相关阻垢剂研发中，也需要进一步把握油田阻垢剂的应用特点和需要，不断提升阻垢剂性能，减少不利影响和污染，为绿色生产服务。