固體緩釋性阻垢劑的研制及其應用

王冬至，蘆振國

（1.哈爾濱石油學院，黑龍江哈爾濱 150028；2.中石化勝利石油工程有限公司塔里木分公司，山東東營 257000）

隨著三元復合驅(qū)技術（聚合物、NaOH、表面活性劑）的推廣應用，井下結(jié)垢問題變得越來越突出[1]。結(jié)垢的原因是因為其中的堿和表面活性劑可以從地層中攜帶大量的鈣、鎂離子，從而使抽油泵、抽油桿以及油管形成結(jié)垢層，引起卡泵和油管的可流動液體截面積減小。頻繁的檢泵，不僅影響產(chǎn)能生產(chǎn)，而且還造成維修費用的巨大浪費。因此，解決井下結(jié)垢已經(jīng)成為迫在眉睫的問題。本課題，針對大慶油田三元復合驅(qū)系統(tǒng)的結(jié)垢情況，研制出一種可以有效緩解抽油泵結(jié)垢的長效固體緩釋性阻垢劑，以下簡稱HYM。

1 實驗部分

1.1 固體載體的選擇及改性

1.1.1 聚乙烯醇 聚乙烯醇（PVA）是一種可溶性高分子物質(zhì)，種類很多，牌號各異。要選擇的是溶解度要高，溶解速度要慢，而且還能與有機阻垢劑相溶[2]。根據(jù)PVA的溶解度與它的聚合度有關的原理，從多種不同牌號PVA 中，經(jīng)過上百次實驗選擇了1788 作為可溶性固體載體。PVA1788 是一種水溶性高分子聚合物，外觀呈白色。聚合度為1 700、醇解度為88 %。

1.1.2 多元醇對PVA 進行改性 多元醇就是分子中含有兩個或兩個以上羥基的醇類，常用的有乙二醇、丙二醇、丙三醇等。采用混合加熱法可以將醇類中的羥基接枝到PVA 上，促使PVA 具有更好的親水性，從而達到對PVA 改性的目的。

1.2 有效阻垢成分的選擇

表1 各種有機阻垢劑與PVA 相溶性

1.3 固體緩釋性阻垢劑配方的確定

通過多次實驗確定固體緩釋性阻垢劑的配方（見表2）。

表2 固體緩釋性阻垢劑的配方

配制成的固體緩釋性阻垢劑呈黑色固體狀，能完全溶于水，溶解速度與水的溫度、流速以及與水的接觸表面積等因素有關[4]。固體緩釋性阻垢劑溶于水的過程（見圖1～圖3）。

圖1 固體緩釋性阻垢劑在水中開始溶解

圖2 固體緩釋性阻垢劑溶解過程

圖3 固體緩釋性阻垢劑完全溶于水

2 固體緩釋性阻垢劑的性能評價

2.1 降低三元采出液的硬度

加入阻垢劑后的三元采出液總硬度為0.05 mmol/L，未加入阻垢劑的三元采出液總硬度為1.168 mmol/L，總硬度降低95.6 %，證明三元采出液已被軟化。

2.2 阻垢率的評價

采用自制室內(nèi)模擬實驗裝置，用掛片對比分析法測定加入阻垢藥劑前后水的結(jié)垢速率，實驗裝置（見圖4）。

圖4 評價阻垢率的模擬實驗裝置

污水的結(jié)垢速率通過以下兩個公式計算：

式中：D-試片單位面積上結(jié)垢的質(zhì)量（mg/cm2）；M-標準試片增重（mg）；S-標準試片表面積（cm2）；T-結(jié)垢時間；V-結(jié)垢速度（mg/a）。

掛片在未加HYM 的采出液中循環(huán)15 d，其數(shù)據(jù)（見表3）。

由表3 數(shù)據(jù)可知，六個掛片單位面積上的平均結(jié)垢速率為36.270 8 mg/a。

掛片在加入HYM 的采出液中循環(huán)15 d，其數(shù)據(jù)（見表4）。

由表4 數(shù)據(jù)可得出單位面積上的平均結(jié)垢速率為6.045 mg/a，阻垢效率達84 %。實驗結(jié)果表明固體緩釋性阻垢劑在三元采出液中是逐漸溶解的，具有很好的緩蝕阻垢效果。

2.3 試片表面形貌的對比與分析

2.3.1 試片表面形貌觀察對比 將試片浸泡在加入與不加入HYM 的采出液中外觀形貌的對比（見圖5、圖6）。浸泡時間10 d，溫度為70 ℃。

2.3.2 掃描電鏡分析 浸泡在加入與未加入HYM 的采出液中的試片表面的掃描電鏡照片（見圖7、圖8），左邊是未加入HYM 的圖片。

表3 掛片在未加HYM 的采出液中循環(huán)15 d 的數(shù)據(jù)

表4 掛片在加入HYM 的采出液中循環(huán)15 d 的數(shù)據(jù)

圖5 試片浸泡在加入與不加入HYM 的采出液中外觀形貌的對比

圖6 試片浸泡在加入與不加入HYM 的采出液中外觀形貌的對比

圖7 試片浸泡在加入與未加入HYM 的采出液中掃描電鏡的圖片對比

圖8 試片浸泡在加入與未加入HYM 的采出液中掃描電鏡的圖片對比

從外貌觀察和掃描電鏡的對比照片中可以明顯看出HYM 的阻垢緩蝕效果。

3 固體緩釋性阻垢劑的應用

（1）三元復合驅(qū)油井井下部分防垢、阻垢處理，把一個檢泵周期內(nèi)能夠溶解的HYM 放在抽油泵下端的篩管中，當采出液流過時，HYM 緩慢溶解。將阻垢劑的有效成分釋放出來?？梢宰柚购途徑獬橛捅?、抽油桿和油管表面的結(jié)垢[5]。

（2）用于油田污水系統(tǒng)的水軟化、阻垢、防垢處理。

（3）用于中、小型采暖鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)的防垢、阻垢處理。

4 結(jié)論

（1）PVA1788 具有較好的水溶性，經(jīng)多元醇改性，并與有機阻垢劑相溶后可以緩慢的完全溶于水中。對環(huán)境和設備不會造成危害，作為本課題中所要求的載體最為合適。

（2）EDTMPS 與PVA1788 有較好的相溶性，并具有很好的溶限效應，只要加入很少的藥劑，就能螯合幾千甚至幾萬倍鈣、鎂離子。而腐植酸鉀對垢體具有較好的分散作用，二者復配能起到雙重阻垢作用。

（3）多元醇（丙三醇或丙二醇），含有兩個或兩個以上的羥基（-OH），具有很好的親水性，讓多元醇中的羥基接枝到聚乙烯醇上，使聚乙烯醇中羥基增多，這樣就達到了增大溶解度的目的。

（4）實驗證明，HYM 具有良好的緩釋性防垢阻垢的效果。特別適用于三元復合驅(qū)油井井下部分的防垢阻垢處理。

［1］ 萬德立，朱殿瑞，董家梅.石油管道、儲罐的腐蝕及其防護技術（第1 版）［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2000.

［2］ 崔更生譯.工業(yè)水處理原理（第1 版）［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1984：59-79.

［3］ 陳復.水處理技術及藥劑大全（第1 版）［M］.北京：中國石化出版社，2000：92-125.

［4］ 祁魯梁，李永存，楊小莉.水處理藥劑及材料實用手冊（第1版）［M］.北京：中國石化出版社，2000：405-415.

［5］ 董文瑞，徐景升.油田設備腐蝕與防護（第1 版）［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1993：45-50.