超分子除垢劑在油田除垢中的性能的實(shí)驗(yàn)測(cè)試

毛 源 唐存知

(中國(guó)石化勝利油田分公司河口采油廠， 山東 東營(yíng) 257200)

油田開(kāi)發(fā)進(jìn)入高含水期后，注入系統(tǒng)、采出系統(tǒng)和地面集輸系統(tǒng)都容易產(chǎn)生結(jié)垢的問(wèn)題。油田注入系統(tǒng)的結(jié)垢成分一般主要為非水溶性的碳酸鹽，它們附著于泵閥、靜混器及注水管網(wǎng)表面，使得注入壓力升高、能耗增大；采出系統(tǒng)的結(jié)垢成分一般主要是碳酸鹽和硅酸鹽混合物，嚴(yán)重的結(jié)垢會(huì)導(dǎo)致卡泵、桿斷等現(xiàn)象，造成檢泵周期縮短，影響機(jī)采井正常生產(chǎn)。

除垢方法包括物理法和化學(xué)法?；瘜W(xué)法除垢主要是利用化學(xué)藥劑溶解、清洗管線內(nèi)沉積的水垢、油污、腐蝕產(chǎn)物等垢質(zhì)[1-2]。使用化學(xué)法除垢，施工相對(duì)方便，停工時(shí)間短，費(fèi)用較低，但可能造成腐蝕管線設(shè)備、污染空氣環(huán)境等問(wèn)題。物理除垢方法有高強(qiáng)聲激波除垢、磁場(chǎng)除垢、電場(chǎng)除垢、高壓水射流清洗等[3]。使用物理法除垢不會(huì)腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境，但施工量較大、費(fèi)用較高，其適用范圍也相對(duì)較小，對(duì)地下采油管線等設(shè)備中的結(jié)垢無(wú)能為力[4]。比較而言，油田除垢應(yīng)當(dāng)以化學(xué)法為主，而使用環(huán)保型除垢劑將成為油田除垢技術(shù)的主要發(fā)展方向。

1 超分子緩蝕除垢劑的技術(shù)原理

超分子緩蝕除垢劑是用于油田井下、集輸系統(tǒng)除垢工程的高級(jí)化學(xué)清洗除垢劑。它是通過(guò)分子的選擇性組裝作用形成超分子微粒，超分子微粒的外層空電子軌道部分借給金屬的自由電子活動(dòng)，超分子藥劑分子就和金屬形成穩(wěn)定的超分子結(jié)構(gòu)，在金屬表面組成穩(wěn)定的超分子膜(如圖1所示)。在超分子膜組裝形成的同時(shí)，由于藥劑分子在水里的布朗運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)作用，金屬表面的各種銹垢、結(jié)晶垢、油垢、泥垢等污垢分散溶解到溶液中。同時(shí)，形成的穩(wěn)定、致密的單分子膜層，由于其微觀結(jié)構(gòu)的尺寸效應(yīng)，又能夠有效阻止污垢附著。因此，超分子緩蝕除垢劑具有清洗污垢和防腐防垢的雙重作用。我們通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，測(cè)試了超分子緩蝕除垢劑的清污防垢性能。

2 實(shí)驗(yàn)方案

以勝利油田河口采油廠101號(hào)注水站提供的垢樣為試驗(yàn)對(duì)象。這種垢樣是化學(xué)驅(qū)采油過(guò)程中加入的表面活性劑和增黏物的聚合產(chǎn)物，采用常規(guī)的酸洗和堿洗化學(xué)清洗方法難以徹底清除。

2.1 溶垢率測(cè)試

選擇兩種垢樣進(jìn)行成分質(zhì)量分析，結(jié)果如表1所示。1號(hào)垢樣為碳酸鹽和硅酸鹽混合垢，2號(hào)垢樣的成分以硅酸鹽為主。

在實(shí)驗(yàn)室配制超分子緩蝕除垢劑溶液，其中除垢劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(即溶液濃度)為10%～15%。

每種垢樣稱(chēng)取100 g，放置于105 ℃的烘箱中，8 h后取出，置于干燥器內(nèi)冷卻至室溫，然后稱(chēng)重(標(biāo)記W1)。在2個(gè)燒杯內(nèi)各放500 mL配制好的除垢劑溶液，置于恒溫水浴箱內(nèi)，待溫度達(dá)到45 ℃。然后，將干燥好的垢樣放入燒杯溶液中浸泡。浸泡24 h后，過(guò)濾殘留物。最后將殘留物置于105 ℃烘箱中，8 h后取出，置于干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱(chēng)重(標(biāo)記W2)，并計(jì)算溶垢率。溶垢率=(W1-W2)÷W1×100%。

圖1 超分子緩蝕除垢劑除垢膜化過(guò)程示意

表1 垢樣成分 單位：%

2.2 腐蝕速率測(cè)試

采用掛片矢量法，測(cè)試除垢劑溶液在常壓靜態(tài)下的腐蝕速率。將標(biāo)準(zhǔn)N80鋼級(jí)試片用脫脂棉擦凈，用無(wú)水乙醇清洗，用冷風(fēng)吹干，放入干燥器內(nèi)，20 min后取出稱(chēng)重(精確至0.000 1 g)。根據(jù)試片表面積，按20 cm3cm2的用量，量取配制好的除垢劑溶液倒入反應(yīng)容器，再將反應(yīng)容器放入恒溫水浴箱升溫至90 ℃。將稱(chēng)量好的試片單片吊掛，3片一組，分別放入90 ℃的除垢劑溶液中，靜態(tài)浸泡4 h。然后取出試片，觀察腐蝕狀況，同時(shí)用水沖洗和軟毛刷刷洗，再用無(wú)水乙醇清洗，用冷風(fēng)吹干，放入干燥器內(nèi)，20 min后取出稱(chēng)重，并計(jì)算平均腐蝕速率。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 除垢性能評(píng)價(jià)

溶垢率測(cè)試結(jié)果顯示，超分子緩蝕除垢劑對(duì)兩種垢樣都有較強(qiáng)的溶蝕作用。其中，對(duì)1號(hào)垢樣的溶垢率為95.1%，對(duì)2號(hào)垢樣的溶垢率為90.2%。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中看到，浸泡2 h后垢團(tuán)就明顯分散開(kāi)，無(wú)黏性，體積明顯變小，除垢劑溶液的顏色變?yōu)榈S色；浸泡16 h后，垢團(tuán)基本溶解，只有少量沉淀未溶物在底部沉積。比較而言，超分子緩蝕除垢劑對(duì)碳酸鹽垢的溶蝕速率更高，且明顯優(yōu)于目前現(xiàn)場(chǎng)使用的絡(luò)合型化學(xué)除垢劑。

另外，對(duì)兩種類(lèi)型的垢樣進(jìn)行了室內(nèi)動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，測(cè)試超分子緩蝕除垢劑的阻垢性能。將垢樣放入不同質(zhì)量濃度的超分子緩蝕除垢劑溶液中，在45 ℃下恒溫浸泡24 h。測(cè)試結(jié)果表明，在溶液濃度為10%時(shí)，對(duì)碳酸鹽垢的阻垢率為85.9%，對(duì)硅酸鹽垢的阻垢率為72.0%；在溶液濃度為15%時(shí)，對(duì)兩種垢樣的阻垢率均在90%以上。

3.2 腐蝕性評(píng)價(jià)

腐蝕速率測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)表2)顯示，隨著除垢劑濃度的升高，腐蝕速率由0.008 9 g(m2·h)上升至0.014 5 g(m2·h)，但都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于常規(guī)酸洗標(biāo)準(zhǔn)限制的腐蝕速率(即4 h腐蝕速率≤5 g(m2·h))。由此可見(jiàn)，超分子緩蝕除垢劑的腐蝕性較弱，能夠滿(mǎn)足油田除垢環(huán)保、低腐蝕、不返排的應(yīng)用要求。

表2 腐蝕速率測(cè)試結(jié)果(90 ℃)

4 結(jié) 語(yǔ)

油田高含水期各系統(tǒng)的結(jié)垢，主要成分是碳酸鹽及碳酸鹽與硅酸鹽的混合物，適合采用化學(xué)除垢方法。采用化學(xué)除垢方法時(shí)要注意除垢劑的腐蝕性，避免除垢劑腐蝕采油管線等設(shè)備，防止清洗殘液污染環(huán)境。

實(shí)驗(yàn)測(cè)試了超分子緩蝕除垢劑的性能。結(jié)果表明：質(zhì)量濃度為10%～15%的超分子緩蝕除垢劑溶液，對(duì)油田結(jié)垢的溶解率在90%以上，尤其是對(duì)碳酸鹽垢具有良好的溶解效果；質(zhì)量濃度為15%的超分子緩蝕除垢劑溶液，對(duì)碳酸鹽垢和硅酸鹽垢的阻垢率都在90%以上；超分子緩蝕除垢劑的腐蝕速率也較低，藥劑溶液濃度為15%時(shí)，其腐蝕速率僅為0.014 1 g(m2·h)。超分子緩蝕除垢劑具有良好的除垢、防垢和環(huán)保性能，在用于油田除垢時(shí)應(yīng)注意根據(jù)結(jié)垢類(lèi)型選擇配制除垢液濃度，從而更好地實(shí)現(xiàn)除垢、防垢和環(huán)保的目的。