油氣井防垢劑SS—1的研制與評(píng)價(jià)

石玲 程欣偉 劉慶 吳會(huì)勝 李國(guó)華

1重慶科技學(xué)院石油與天然氣工程學(xué)院 2川慶鉆探工程有限公司井下作業(yè)公司技術(shù)研發(fā)中心3川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院 4川慶鉆探工程有限公司川東鉆探公司

油氣田在開(kāi)發(fā)后期，需采取注水開(kāi)發(fā)或排水找氣等工藝措施，油氣田產(chǎn)出流體中易含有Ca2+、Mg2+、Ba2+金屬陽(yáng)離子和 HCO3－、CO32－、SO42－陰離子，結(jié)垢離子相結(jié)合產(chǎn)生碳酸鈣、硫酸鋇、碳酸鋇沉淀，造成氣井結(jié)垢[1]，從而堵塞油氣井產(chǎn)層和生產(chǎn)管柱，嚴(yán)重影響氣井的正常生產(chǎn)，甚至使油氣井停產(chǎn)、報(bào)廢。

1 SS—1防垢劑的制備

1.1 試劑及儀器

選用的試劑主要有馬來(lái)酸酐（MA）、丙烯酸（AA）、丙烯酸甲酯（MAC）、過(guò)硫酸銨、氫氧化鈉、三氯化磷、乙酸、無(wú)水乙醇等試劑。

實(shí)驗(yàn)中用到的儀器主要有攪拌器、天平、量筒、燒杯、燒瓶、電爐、溫度計(jì)、烘箱、粉碎機(jī)等。

1.2 防垢劑的合成

（1）羥基乙叉二膦酸合成。將計(jì)量好的水、冰醋酸加入反應(yīng)釜中，啟動(dòng)攪拌器緩慢攪拌，直至攪拌均勻。在冷卻條件下緩慢滴加三氯化磷水溶液，并將反應(yīng)溫度控制在60℃左右。反應(yīng)副產(chǎn)物氯化氫氣體經(jīng)冷凝后送入吸收塔，回收鹽酸。溢出的乙酰氯和醋酸經(jīng)冷凝后回反應(yīng)器。待滴完三氯化磷水溶液反應(yīng)一段時(shí)間后，將反應(yīng)溫度升至120℃左右，在攪拌下回流反應(yīng)4～5 h，回流過(guò)程中采用3～5℃的冷水進(jìn)行回流冷卻。然后開(kāi)始降溫，在降溫過(guò)程加入一定量的乙醇，進(jìn)行減壓蒸餾，直至蒸汽溫度下降至40℃，收集瓶?jī)?nèi)樣品備用。

（2）MA—AA—MAC共聚物的合成。在燒瓶中，按照一定的比例加入馬來(lái)酸酐和蒸餾水，在回流冷凝的條件下加熱并緩慢攪拌，在馬來(lái)酸酐完全溶解后，將溫度升高至60℃，穩(wěn)定一段時(shí)間后，向燒瓶中滴加引發(fā)劑丙烯酸和丙烯酸甲酯的混合液，控制滴加速度，滴加時(shí)間控制在1 h左右。待滴加完畢后，將溫度升高至85℃，保溫反應(yīng)3 h，冷卻可獲得白色膏狀物。在50℃左右加50%的NaOH調(diào)節(jié)pH值，使pH值為7左右，得到淡黃色透明粘稠液體，收集該液體備用[2]。

（3）MA—AA—MAC共聚物與羥基乙叉二膦酸最佳配制比例確定。MA—AA—MAC共聚物對(duì)氣井產(chǎn)出液的硫酸鹽抑制能力較強(qiáng)，羥基乙叉二膦酸對(duì)油氣井產(chǎn)出液的碳酸鈣垢抑制能力較強(qiáng)。為使防垢劑對(duì)碳酸鹽、硫酸鹽類都具有防垢的能力，將已合成好的MA—AA—MAC共聚物與羥基乙叉二膦酸HEDP按不同比例進(jìn)行復(fù)配，確定出最佳的MA—AA—MAC共聚物與羥基乙叉二膦酸的復(fù)配比例為6∶4。通過(guò)對(duì)復(fù)配后形成的SS—1防垢劑進(jìn)行防垢性能測(cè)試，防垢能力能達(dá)80%以上，表明復(fù)配后的SS—1防垢劑對(duì)油氣井產(chǎn)出液具有良好的防垢性能。

2 SS—1防垢劑性能評(píng)價(jià)

2.1 防垢劑最佳使用濃度實(shí)驗(yàn)

為能使防垢劑能達(dá)到最佳的防垢效果，選取防垢劑在W2—5、Q3—1兩口井進(jìn)行評(píng)價(jià)。W 2—5井井底溫度為86℃，礦化度為42 557mg/L；Q3—1井井底溫度為80℃，礦化度為68 417mg/L，測(cè)定防垢劑在不同濃度條件下兩口井水樣中的防垢率，為防垢劑確定一個(gè)最佳的使用濃度。

用上述水樣，根據(jù)我國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《油田用防垢劑性能評(píng)定方法（SY/T5673—93）》，為對(duì)防垢劑性能進(jìn)行測(cè)定。在SS—1防垢劑藥劑濃度為100、300、500、700和900mg/L，86℃條件下，分別對(duì)W2—5井水樣和Q3—1井水樣進(jìn)行防垢率測(cè)定，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同濃度防垢劑在水樣中的防垢率

由圖1可知，防垢劑在W 2—5、Q3—1兩口不同井區(qū)的水樣中，當(dāng)藥劑濃度達(dá)到500mg/L時(shí)，防垢率都能達(dá)到85%以上。

2.2 防垢劑高溫穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

防垢劑需具備在高溫條件下不分解，防垢性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，為此對(duì)SS—1防垢劑的耐高溫性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。防垢劑耐高溫測(cè)試方法：取濃度為500 mg/L的防垢劑于高溫、高壓反應(yīng)釜中，分別在70、80、90、110和120℃的高溫條件下恒溫24 h后取出，觀察藥劑狀態(tài)。將恒溫后的防垢劑按照《油田用防垢劑性能評(píng)定方法（SY/T5673—93）》，測(cè)試防垢劑在W3—17井水樣中，高溫條件下防垢劑的防垢率。

由測(cè)試結(jié)果可知：SS—1防垢劑在高溫條件下（120℃條件下），藥劑不分層、無(wú)沉淀產(chǎn)生，說(shuō)明防垢劑在高溫條件下有較好的穩(wěn)定性；防垢劑在不同溫度條件下測(cè)試的防垢率與室溫條件下測(cè)試的防垢率基本一樣，說(shuō)明防垢劑在高溫條件下的防垢性能很穩(wěn)定。因此SS—1防垢劑在井底高溫環(huán)境中能夠達(dá)到較好的防垢效果。

2.3 抑鹽分散劑優(yōu)選與評(píng)價(jià)

由于油氣田產(chǎn)出液的礦化度均較高，產(chǎn)出液中的氯離子含量也較高，在舉升的過(guò)程中產(chǎn)出液的溫度和壓力均會(huì)下降，使得溶解鹽由過(guò)飽和狀態(tài)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)，最后析出沉積在井筒上。鹽的沉積為碳酸鈣、硫酸鹽的沉積提供了平臺(tái)，增加了產(chǎn)出液中碳酸鈣、硫酸鹽垢的結(jié)垢趨勢(shì)，從而影響藥劑的防垢性能。

對(duì)比有機(jī)抑鹽分散劑和無(wú)機(jī)抑鹽分散劑的特點(diǎn)和油氣田的儲(chǔ)層特征，選用有機(jī)抑鹽分散劑聚丙烯酰胺、聚羧酸鹽、磺酸鹽、氨基酸，將這幾種物質(zhì)加入SS—1防垢劑中，評(píng)價(jià)各抑鹽分散劑增效作用。從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出：在防垢劑中加入不同的抑鹽分散劑后對(duì)防垢劑的防垢能力影響較大。從測(cè)試數(shù)據(jù)還可以反映出，聚羧酸鹽與前面合成的防垢劑有很好的協(xié)同性，能大大提高產(chǎn)品在油氣田產(chǎn)出液中的防垢能力。

為確定聚羧酸鹽抑鹽分散劑的合理加量，通過(guò)加入不同量的聚羧酸鹽測(cè)試產(chǎn)品的防垢性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 聚羧酸鹽抑鹽分散劑加入量對(duì)防垢性能的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)加入抑鹽分散劑，防垢劑的防垢能力增強(qiáng)。隨著聚羧酸鹽抑鹽分散劑加量的增加防垢率逐漸增加，當(dāng)加入濃度為7%時(shí)，防垢率最好，達(dá)到90.56%；當(dāng)濃度超過(guò)7%時(shí)，隨加量的增加防垢率逐漸降低。因此確定聚羧酸鹽抑鹽分散劑最佳加入濃度為7%。

3 結(jié)論

（1）對(duì)碳酸鈣垢抑制能力較強(qiáng)的羥基乙叉二膦酸（HEDP）和對(duì)硫酸鹽抑制能力較強(qiáng)的MA—AA—MAC共聚物進(jìn)行復(fù)配，最佳的復(fù)配比例為6∶4，復(fù)配后的藥劑具有較好的防垢性能。

（2）當(dāng)藥劑濃度達(dá)到500mg/L時(shí)，防垢率能達(dá)到85%以上，防垢劑在高溫條件下，不分層、無(wú)沉淀產(chǎn)生，具有較好的高溫穩(wěn)定性。

（3）防垢劑中加入聚羧酸鹽抑鹽分散劑能提高防垢能力，當(dāng)加入濃度為7%時(shí)，防垢率最高，達(dá)到90.56%。

[1]戴彩麗，趙福麟，馮德成，等．潿洲12—1海上油田硫酸鋇鍶垢防垢劑研究[J]．油田化學(xué)，2005，22（2）：122-124.

[2]羅躍，張興華，張煜，等．硫酸鋇阻垢劑MA—AA—MAC共聚物的合成[J]．石油天然氣學(xué)報(bào)，2005，27（4）：506-507.