渤海某油田防垢剂筛选及性能评价

胡昭朝，刘言霞，陆 原，张 敦

(中海油(天津)油田化工有限公司，天津 300450)

油田开采中温度、压力等的变化使油井柱、离心泵叶片、管道变径等出现大量结垢[1-2]，结垢增加输送阻力、降低输送流量，且易造成设备磨损或堵塞。结垢易使管道出现垢下腐蚀穿孔的安全隐患[3]。油田回注水常与地层原生水不配伍出现垢体析出，垢体易堵塞地层毛细孔道，使油田产量下降。化学阻垢剂是较好的阻垢方法[4-5]，通过降低介质中游离成垢离子浓度实现阻垢，阻垢率检测方法常有静态滴定法和动态环道法。本文通过对渤海某油田垢样、水样分析，了解现场结垢趋势。分别采用静态滴定法和动态环道法对模拟水进行不同类型防垢剂性能评价，为油田现场防垢提供解决思路。

1 实 验

1.1 垢样成分分析

对生产缓冲罐中的垢样进行X射线荧光光谱(XRF)元素分析和X射线衍射(XRD)垢样晶体组成分析。XRF分析采用无标样半定量分析，靶源为Rh，检测器为(闪烁+正比)计数；XRD分析采用靶源为CuKα，检测器为闪烁计数器，管压(KV)：40，管流(mA)：40，扫描范围(2θ)：50°～800°，扫描方式：连续扫描。

1.2 水质分析

1.3 静态防垢率测定

根据SY/T5673-1993油田用防垢剂性能评定方法对模拟水进行不同类型防垢剂样品开展室内静态防垢率测定，评选周期24 h/轮，评选温度70 ℃，防垢剂加药浓度45 mg/L。

1.4 动态防垢率测定

根据Q/HS 2057-2010《海上油田化学垢监测及防垢效果评价技术规范》附录B《油田水动态结垢实验方法》，采用一种防垢剂动态评价系统[6]对模拟水进行空白水样和加注防垢剂及30 mg/L缓蚀剂、10 mg/L清水剂后的动态防垢率测定。实验温度67 ℃，常压，未鼓入CO2，流速2 mL/min，以进出口压力差≥8 MPa或实验时长达12 h停止。

1.5 油田现场试验及应用

根据实验结果以45 mg/L防垢剂SH-13进行中试实验，防垢剂与缓蚀剂加注点位间隔时长约1.5 h，防垢剂与清水剂加注点位间隔时长约1 h。通过对油田结垢测试短节观察、管道压力及设备运行参数跟踪、管道通球产物质量等综合评估防垢剂应用效果。

2 结果与讨论

2.1 垢样结果分析

缓冲罐垢样XRF元素分析结果见表1，垢样XRD分析见图1。

表1 缓冲罐垢样XRF分析Table 1 XRF analysis of surge drum scale sample

图1 缓冲罐垢样XRD分析Fig.1 XRD analysis of surge drum scale sample

根据XRF和XRD结果可知，垢样中结晶主体可能为MgSr(CO3)2，还包括CaCO3、SiO2及铁的氧化物或硫化物[7-8]，垢样中的MgSr(CO3)2、CaCO3可能是地层水的Mg2+、Ca2+、Sr2+与CO32-随压力降低而结合生成的，SiO2是水源井水中沉积的砂，铁的氧化物或硫化物可能是地层水带来，也可能是地面管道中腐蚀产生的Fe的化合物。

2.2 水质分析报告

水质分析报告见表2。

表2 生产水缓冲罐水质成分分析表Table 2 Analysis table of water quality components of production water surge drum

2.3 静态防垢率测定结果

表3 静态防垢率测定结果表Table 3 Measurement results of static scale inhibition rate

由静态防垢率测定结果表可知，SH-04和SH-13满足防垢率>90%的标准，且水样未见结垢等不良现象。在综合考虑药剂成本、药剂密度以及产品含磷情况，选取SH-13开展动态环道防垢率测定实验。

2.4 动态防垢率测定结果

由图2和表4可知，对比空白水样，加入防垢剂SH-13后能显著降低盘管结垢量并大幅延长膜片被堵塞至特定压力的时长，表明防垢剂阻垢效果优异。防垢剂SH-13加注浓度由45 mg/L下调至40 mg/L后，动态防垢率由98.02%下降至93.64%，随着加注浓度降低，防垢率也呈下降趋势。防垢剂以45 mg/L浓度与缓蚀剂和清水剂进行两者或三者配伍性实验，防垢效率都有一定幅度下降，且与缓蚀剂配伍时防垢率为92.04%，与清水剂配伍时防垢率为96.43%，结果表明缓蚀剂的加入对防垢剂的阻垢效果影响比清水剂的加入影响要大。动态防垢率测定压力时间图也显示防垢剂中加入清水剂后到达特定压力的时长比加入缓蚀剂的时长大幅延长，这可能是阴离子型防垢剂与阳离子型缓蚀剂发生一定反应，最终影响了防垢剂阻垢效果。而清水剂为非离子型产品，对阴离子型防垢剂影响较小。防垢剂、缓蚀剂、清水剂三者共同加注时动态防垢率低于甲方要求的90%，但仍高于行业≥85%的Ⅰ级标准。

表4 动态防垢率测定结果表Table 4 Measurement results of dynamic scale inhibition rate

图2 动态防垢率测定压力时间图Fig.2 Pressure-time diagram of dynamic scale inhibition rate

2.5 油田现场实验

三个月油田现场中试结果表明，管道结垢测试短节结垢量极少，垢样较为松散、粒度较细，优于往期测试结果；各条海管定期通球固体产物量均满足甲方≤2公斤/次的标准要求；现场流程压力、泵运行参数等平稳，关键部位滤网拆洗间隔延长，且清水剂、缓蚀剂应用效果未受到明显影响，防垢剂应用效果获得甲方认可。

3 结 论

(1)油田现场水样结垢趋势较为严重，结垢以钙镁垢为主；自主开发的无磷防垢剂产品SH-13在45 mg/L浓度加注时静态、动态防垢率均大于98%，且浓度降低至40 mg/L时动态防垢率仍高于90%，防垢剂SH-13的防垢效果优异；

(2)缓蚀剂、清水剂与防垢剂配伍性良好，缓蚀剂对防垢剂影响略大，清水剂对防垢剂影响略小，三者同时加注时动态防垢率仍达到86.85%；

(3)防垢剂SH-13以45 mg/L现场应用时，测试短节结垢量、管道及设备运行参数、管道通球产物量都表明防垢剂应用效果良好，且清水剂、缓蚀剂应用性能未受到明显影响，实验效果获得甲方认可。