化學(xué)防垢法的分析與探索

摘 要：在油田開發(fā)過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢問題，不但影響了油田企業(yè)的正常生產(chǎn)，而且會(huì)給其帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失。因此，必須采取相應(yīng)的措施和技術(shù)方法，減少結(jié)垢的概率，防止垢物的進(jìn)一步擴(kuò)大，為油田企業(yè)的正常生產(chǎn)奠定一定的基礎(chǔ)。本文主要對(duì)化學(xué)防垢法進(jìn)行了分析和總結(jié)，首先對(duì)化學(xué)防垢法進(jìn)行了簡(jiǎn)要敘述，然后對(duì)化學(xué)防垢法的作用機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的分析與研究，最后總結(jié)了目前常用的化學(xué)防垢劑的類型，希望本文的分析與探索可以給油田化學(xué)方面的從業(yè)者提供一定的啟示。

關(guān)鍵詞：防垢;油田;聚合物;化學(xué)藥劑

0 引言

在油田開發(fā)過程中，通常會(huì)往油層中注入水、氣以及化學(xué)藥劑，以此來給油層補(bǔ)充能量或者改善地下儲(chǔ)層的性能，從而提高原油的產(chǎn)量。我國(guó)大部分的油田主要采用注水的方式來提高原油的產(chǎn)量，同時(shí)也加入一定量的化學(xué)藥劑[1]。但是，這種開采方式會(huì)出現(xiàn)很多問題，尤其是結(jié)垢問題。結(jié)垢會(huì)堵塞油氣的運(yùn)輸通道，不但會(huì)減小儲(chǔ)層的滲透率，而且會(huì)影響儀器設(shè)備的使用壽命，嚴(yán)重影響了油田的正常生產(chǎn)，會(huì)給油田企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1，2]。因此，相關(guān)從業(yè)者應(yīng)該根據(jù)油田的實(shí)際情況，對(duì)結(jié)垢的機(jī)理進(jìn)行深入分析和研究，研發(fā)出高效廉價(jià)的除垢防垢技術(shù)。在各種防垢技術(shù)中，化學(xué)防垢是主要的技術(shù)之一，本文主要對(duì)化學(xué)防垢法進(jìn)行了分析和總結(jié)。

1 化學(xué)防垢法簡(jiǎn)介

化學(xué)防垢法是在油田開發(fā)過程中，通過加入化學(xué)藥劑以達(dá)到防垢的目的。如果結(jié)垢的主要物質(zhì)是碳酸鹽，這時(shí)工作人員就可以通過加酸進(jìn)行防垢。特別是在采取堿驅(qū)之后，儲(chǔ)層的pH值非常高，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生很多的氫氧化物堿性垢，通過加酸或CO2就能夠減小pH值并且可以防止堿性垢的形成，但是加酸防垢會(huì)產(chǎn)生環(huán)境問題，而且還會(huì)影響油田水pH值的測(cè)定精度和加酸量的確定。一旦加過量的酸，極有可能會(huì)腐蝕管道設(shè)備，雖然加CO2不會(huì)存在酸化過度的風(fēng)險(xiǎn)，但是在高溫的環(huán)境中，過量的CO2會(huì)有利于碳酸鹽垢的形成。其次，如果環(huán)境中存在鋇垢、鍶垢，由于鋇垢、鍶垢比較難以溶于酸，加酸或酸性氣體也很難有明顯的防垢效果，因此，通常會(huì)使用化學(xué)防垢法。

2 化學(xué)防垢法的作用機(jī)理

關(guān)于化學(xué)防垢法的作用機(jī)理，主要分為4種：

2.1 螯合增溶作用

這種作用是指化學(xué)藥劑分子中的基團(tuán)可以將溶液中游離的金屬離子進(jìn)行相應(yīng)的螯合以及吸附，阻止了成垢離子之間的相互接觸，進(jìn)而成為螯合物，這種化學(xué)物質(zhì)比較特別，它的化學(xué)結(jié)構(gòu)中具有一些多元環(huán)，進(jìn)而使其具有比較穩(wěn)定的性質(zhì)，最終比較穩(wěn)定地存在于溶液中?；瘜W(xué)藥劑中相當(dāng)大一部分都是通過螯合增溶作用來分散成相離子，進(jìn)而可以達(dá)到防垢的目的。

2.2 分散作用

化學(xué)藥劑中的一些大分子聚合物通常會(huì)具有一定的分散作用，這些聚合物進(jìn)入水溶液之后會(huì)出現(xiàn)解離，分離之后的大分子會(huì)吸附在顆粒的表面，進(jìn)而可以將成垢晶粒進(jìn)行包裹，不但改變了成垢晶粒的表面電性，而且也增強(qiáng)了它們之間的靜電斥力，起到了分散成垢晶粒的作用，從而避免了結(jié)垢。

2.3 晶格畸變作用

相關(guān)研究結(jié)果表明，化學(xué)藥劑會(huì)引發(fā)晶格的畸變，在晶體形成的過程中，這些物質(zhì)會(huì)被吸附到微小晶格的點(diǎn)陣之中，破壞晶體結(jié)構(gòu)，干擾晶體的正常生長(zhǎng)，并且還會(huì)減弱其性能，使其變得非常不穩(wěn)定，最終防止其形成垢物。即便結(jié)垢，這種垢物也是非常松軟，借助外力的作用比較容易去除。與此同時(shí)，化學(xué)藥劑還能夠吸附在一些管線和儀器的內(nèi)表面上，相當(dāng)于一個(gè)吸附層，同樣起到了防垢的作用。

2.4 協(xié)同效應(yīng)

這種效應(yīng)是指部分化學(xué)藥劑在單獨(dú)使用時(shí)，防垢的效果較差，但是與其他化學(xué)藥劑復(fù)配使用之后，在相同的劑量條件下，復(fù)配的化學(xué)藥劑的防垢效果明顯增強(qiáng)。但是，不同化學(xué)藥劑的復(fù)配比例與投藥濃度，需要通過大量實(shí)驗(yàn)確定。協(xié)同效應(yīng)使防垢劑性能得到提升，并且減少了投藥量，節(jié)約了成本，因此，對(duì)幾種不同類型的防垢劑進(jìn)行復(fù)配研究是很有必要的[2-4]。

3 化學(xué)藥劑的類型

近些年以來，化學(xué)防垢法的化學(xué)藥劑研發(fā)一直在蓬勃發(fā)展中，化學(xué)藥劑的類型很多，目前比較常用的化學(xué)藥劑有4種：①環(huán)境友好型防垢劑;②聚合物類防垢劑;③天然型防垢劑;④含磷類防垢劑[2，3]。

3.1 環(huán)境友好型防垢劑

雖然聚合物防垢劑的效果較好，但是大部分的防垢劑都不能進(jìn)行生物降解。20世紀(jì)90年代，研究人員就開始了環(huán)保型防垢劑的研究，這種防垢劑具有十分顯著的特點(diǎn)：①不污染環(huán)境;②可進(jìn)行生物降解，并且還可以與其他防垢劑一起復(fù)配使用，以后的發(fā)展方向是不斷研發(fā)新品種并且改善防垢性能和減少成本。環(huán)境友好型防垢劑主要有2種：①聚天冬氨酸;②聚環(huán)氧琥珀酸。

3.2 聚合物類防垢劑

這種防垢劑可以將很多的功能基團(tuán)都集聚在一個(gè)單體上，使其可以充分發(fā)揮各種官能團(tuán)的優(yōu)勢(shì)，其作用機(jī)理主要有2種：①螯合分散;②晶格畸變。經(jīng)過多年的發(fā)展，聚合物防垢劑從最早的單體聚合逐漸發(fā)展到二元、三元聚合，直到現(xiàn)今的多元共聚，使得這種化學(xué)藥劑的可能性和可選性逐漸增多，以后的發(fā)展方向是不斷研發(fā)新的官能團(tuán)和聚合方式，使其功能更加完善和豐富，防垢的性能更加優(yōu)越。根據(jù)聚合方式，這種防垢劑能夠劃分為2種類型：①均聚物防垢劑;②共聚物防垢劑。其次，按照制備方式以及基團(tuán)組合，研究人員可以獲得更多類型的防垢劑。

3.3 天然型防垢劑

天然型防垢劑是一種可以從自然界中進(jìn)行收集，并且沒有進(jìn)行化學(xué)加工的防垢劑。這種防垢劑的分子結(jié)構(gòu)中一般會(huì)含有非常多的羥基、羧基等官能團(tuán)，這些官能團(tuán)具有一定的防垢性能，并且部分天然防垢劑還可以抑制垢晶體的生長(zhǎng)。在20世紀(jì)初期，由于防垢劑種類還非常單一，其他類型的防垢劑發(fā)展緩慢，使得天然防垢劑的應(yīng)用比較廣泛，但是，這種防垢劑在高溫條件下，穩(wěn)定性較差，含有比較多的雜質(zhì)，所需的劑量大而且效果也不是非常好。目前，天然型防垢劑的使用較少，但是這種防垢劑還具有環(huán)境污染小、可生物降解等優(yōu)點(diǎn)，相信在不久的將來，隨著科技的不斷發(fā)展，不同領(lǐng)域之間的合作研究或許可以研發(fā)出一些更加高效先進(jìn)的新型天然防垢劑。

3.4 含磷類防垢劑

在各種化學(xué)藥劑中，含磷防垢劑所占比重比較大，這是由于膦酸基團(tuán)對(duì)于溶液中存在的一些金屬離子具有非常好的分散螯合作用，而且在一定程度上可以抑制晶體的生長(zhǎng)以及誘使晶格發(fā)生畸變。這種防垢劑具有良好的防垢性能，而且成本較低，特別對(duì)無機(jī)鈣垢具有非常好的防垢效果。目前，含磷類防垢劑是市場(chǎng)上應(yīng)用范圍最為廣泛的化學(xué)藥劑之一，主要分為3大類：①無機(jī)磷酸鹽防垢劑;②有機(jī)膦酸防垢劑;③含膦聚合物防垢劑。含磷類防垢劑未來會(huì)朝著低磷及穩(wěn)定的含膦聚合物防垢劑的方向發(fā)展。

4 結(jié)語

總而言之，化學(xué)防垢法的成本低，防垢效果好，但是化學(xué)藥劑的種類多，作用的機(jī)理也十分復(fù)雜，各種防垢劑都有其相應(yīng)的缺點(diǎn)，比如部分防垢劑的性能不是十分穩(wěn)定，而且在一定程度上會(huì)破壞生態(tài)環(huán)境，造成地下水的污染，以及細(xì)菌的大量繁殖等。因此，在選擇防垢劑的同時(shí)，工作人員必須要根據(jù)油田的實(shí)際情況，首先開展大量的實(shí)驗(yàn)，對(duì)防垢劑進(jìn)行篩選，與此同時(shí)，優(yōu)選的防垢劑必須確保其具有一定的防垢性能，而且成本也合適，沒有產(chǎn)生較大的環(huán)境污染問題。

參考文獻(xiàn)：

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[3]趙梓涵.油田結(jié)垢預(yù)測(cè)及防垢技術(shù)的研究進(jìn)展[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，38（05）：19-23.

[4]張渺.NE油田結(jié)垢機(jī)理與阻垢技術(shù)研究[D].成都：西南石油大學(xué)，2014.

作者簡(jiǎn)介：

張西子（1988- ），女，漢族，遼寧遼陽人，碩士，工程師，主要從事油田化學(xué)方面的工作。