海上某油田新型井下防垢劑的合成與性能評(píng)價(jià)

鐘 錚，陸 原，李冬寧，戴俊峰，呼文財(cái)

（中海油（天津）油田化工有限公司，天津 300452）

油井在開(kāi)采過(guò)程中，由于受到溫度、壓力、水分等因素影響，在井底、油管和井筒等部位可能會(huì)發(fā)生結(jié)垢[1]。結(jié)垢除了會(huì)發(fā)生在油田集輸系統(tǒng)，造成管線堵塞，設(shè)備利用空間降低；也會(huì)發(fā)生在地層中，致使油層物性變差，流動(dòng)性降低，影響油田開(kāi)發(fā)開(kāi)采[2]。油井一般結(jié)垢的主要類(lèi)型是碳酸鹽垢，還可能混有一定的其他類(lèi)型的結(jié)垢情況[3]，為緩解油井結(jié)垢，一般情況下，往井下加注防垢劑。

海上某油田所屬平臺(tái)開(kāi)展修井作業(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)單井油管結(jié)垢比較嚴(yán)重，且存在鋇鍶垢結(jié)垢的情況，在二次完井后藥劑管線下入深度較深且所處環(huán)境溫度較高，常規(guī)防垢劑無(wú)法承受如此高的溫度，因此無(wú)法實(shí)現(xiàn)藥劑井下加注。為緩解現(xiàn)場(chǎng)油管結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，協(xié)助油田現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定油井產(chǎn)出，結(jié)合單井現(xiàn)場(chǎng)水分析情況，室內(nèi)開(kāi)發(fā)了能針對(duì)鋇鍶垢且耐高溫的新型防垢劑F35，并開(kāi)展針對(duì)性的防垢劑室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥劑與儀器

實(shí)驗(yàn)藥劑及相關(guān)：油田單井地層水、HPA（丙烯酸羥丙酯）、AA（丙烯酸）、AMPS（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）、過(guò)硫酸銨水溶液、多元醇磷酸酯、非離子油酸基咪唑啉聚醚、聚環(huán)氧琥珀酸鈉、乙二醇、亞硫酸鈉、去離子水、乙二胺四乙酸二鈉（EDTA）、指示劑、無(wú)水乙醇。

實(shí)驗(yàn)儀器：溫度計(jì)、五口燒瓶、MS204S 型電子分析天平、SH23-2 型恒溫磁力攪拌器、W-O 型電熱數(shù)顯恒溫水浴鍋、S212 型恒速攪拌器、UF110 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、電感耦合等離子光譜儀（ICP）、DJP-20-I 型動(dòng)態(tài)結(jié)垢評(píng)價(jià)儀。

1.2 新型防鋇鍶耐高溫防垢劑的合成

以過(guò)硫酸銨為引發(fā)劑，通過(guò)水溶液聚合的方法，合成了水溶性的HPA（丙烯酸羥丙酯）/AA（丙烯酸）/AMPS（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）共聚物。在裝有電動(dòng)攪拌器、回流冷凝管、溫度計(jì)和恒壓漏斗的250 mL 五口燒瓶中，加入HPA、3%單體總質(zhì)量的亞硫酸鈉和去離子水，加熱使之溶解，于50～90 ℃分別滴加摩爾比為4：1 的AA 和AMPS，以及單體總質(zhì)量1.6%的過(guò)硫酸銨水溶液，滴加完畢后，在80～90 ℃下進(jìn)行聚合反應(yīng)，得到淡黃色透明共聚物。取此共聚物，加入10%多元醇磷酸酯、5%非離子油酸基咪唑啉聚醚、25%乙二醇、10%聚環(huán)氧琥珀酸鈉復(fù)合而成新型防鋇鍶耐高溫防垢劑F35，該藥劑為棕紅色液體，pH 約3，密度約為1.15 g/cm3。

1.3 防垢劑評(píng)價(jià)方法

1.3.1 靜態(tài)結(jié)垢分析 按照實(shí)驗(yàn)條件，取相應(yīng)的100 mL實(shí)驗(yàn)介質(zhì)加入高壓不銹鋼罐中，加入一定濃度防垢劑，加熱至實(shí)驗(yàn)溫度，恒溫24 h 以上待溫度冷卻，觀察比色管內(nèi)介質(zhì)結(jié)垢情況，若有結(jié)垢，將介質(zhì)搖勻后過(guò)濾，進(jìn)行滴定實(shí)驗(yàn)，滴定實(shí)驗(yàn)參考GB7476-87《水質(zhì) 鈣的測(cè)定EDTA 滴定法》[4]；此外采用電感耦合等離子光譜儀測(cè)定鋇鍶含量。

1.3.2 動(dòng)態(tài)環(huán)道評(píng)價(jià) 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，對(duì)防垢劑開(kāi)展動(dòng)態(tài)環(huán)道評(píng)價(jià)，分析不同藥劑在動(dòng)態(tài)條件下結(jié)垢情況。

1.3.3 流動(dòng)性實(shí)驗(yàn) 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，對(duì)防垢劑開(kāi)展黏度曲線測(cè)定，分析不同藥劑的黏度隨溫度變化而變化的情況。

2 結(jié)果與討論

2.1 靜態(tài)結(jié)垢防垢率測(cè)定

參照1.3.1 實(shí)驗(yàn)方法，針對(duì)單井1#先開(kāi)展防垢率測(cè)定，加注濃度200 mg/L，溫度130 ℃，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表1）；然后結(jié)合防垢率情況，篩選防垢率較高的樣品，針對(duì)單井2#繼續(xù)開(kāi)展防垢率測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表2）。

表1 130 ℃時(shí)單井1#防垢劑性能評(píng)價(jià)記錄表（實(shí)驗(yàn)時(shí)間：24小時(shí)/次）

表2 130 ℃時(shí)單井2#防垢劑性能評(píng)價(jià)記錄表（實(shí)驗(yàn)時(shí)間：24小時(shí)/次）

由表1 可知，在實(shí)驗(yàn)條件下針對(duì)單井1#，F(xiàn)07A，F(xiàn)302，F(xiàn)GW100，F(xiàn)35，F(xiàn)GW104防垢率較高，均大于80%，其中F35 效果最佳；繼續(xù)針對(duì)單井2#開(kāi)展驗(yàn)證，由表2 可知，F(xiàn)35、FGW104、F07A 效果更好，防垢劑均達(dá)到85%以上，其中F35 效果最佳。

由于單井地層水存在鋇鍶垢，且單井1#鋇鍶垢更加明顯，結(jié)合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，重點(diǎn)針對(duì)1#進(jìn)行鋇鍶防垢率測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表3）。

表3 130 ℃時(shí)單井1#防垢劑性能評(píng)價(jià)（針對(duì)鋇鍶）記錄表（實(shí)驗(yàn)時(shí)間：24小時(shí)/次）

由表3 可知，針對(duì)鋇鍶垢，F(xiàn)GW100 效果明顯較差，其他樣品效果相對(duì)較好，其中新型防垢劑F35 防垢效果最為突出，針對(duì)鋇鍶防垢率分別達(dá)到83.26%和95.23%。

2.2 動(dòng)態(tài)環(huán)道評(píng)價(jià)

結(jié)合以上多組靜態(tài)結(jié)垢防垢率評(píng)價(jià)，針對(duì)效果相對(duì)較好的F302，F(xiàn)07A，F(xiàn)35，F(xiàn)GW104 繼續(xù)開(kāi)展動(dòng)態(tài)環(huán)道實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)（見(jiàn)表4）。

表4 動(dòng)態(tài)環(huán)道評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表4 可知，通過(guò)動(dòng)態(tài)環(huán)道實(shí)驗(yàn)，新型防垢劑F35效果最佳。

2.3 流動(dòng)性實(shí)驗(yàn)

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，為了保證藥劑在現(xiàn)場(chǎng)順利使用，室內(nèi)對(duì)F35，F(xiàn)GW104，F(xiàn)07A 和F302 進(jìn)行了黏溫曲線的測(cè)定，因液體的流動(dòng)性受壓力的影響較小，所以在流動(dòng)性實(shí)驗(yàn)中只測(cè)定了藥劑黏度隨溫度的變化趨勢(shì)（見(jiàn)表5）。

由表5 可知，隨著溫度的升高，四種防垢劑的運(yùn)動(dòng)黏度均逐漸降低，所以在井下130 ℃左右的溫度時(shí)，防垢劑的流動(dòng)性很好，不會(huì)影響井下加藥的流動(dòng)性；而隨著溫度的下降藥劑的黏度會(huì)逐漸升高，防垢劑在-10 ℃左右時(shí)，黏度不高，因此在低溫時(shí)也不影響它的儲(chǔ)存使用。

表5 所選防垢劑黏溫變化情況 單位：mPa·s

3 結(jié)論

（1）針對(duì)海上某油田單井結(jié)垢，特別是存在鋇鍶垢的情況，室內(nèi)針對(duì)性地合成了一種新型耐高溫且可防鋇鍶垢的防垢劑F35。

（2）通過(guò)防垢劑的靜態(tài)結(jié)垢、動(dòng)態(tài)環(huán)道以及流動(dòng)性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)表明，新型防垢劑F35 對(duì)鈣垢、鋇鍶垢均有良好的防垢效果，在200 mg/L 加注濃度時(shí)對(duì)鈣防垢率達(dá)到90%以上，對(duì)鋇防垢率達(dá)到80%以上，對(duì)鍶防垢率達(dá)到95%以上，且適用于井下130 ℃高溫環(huán)境下加注，對(duì)該油田單井具有良好的防垢效果。

（3）該耐高溫且可防鋇鍶的新型防垢劑的成功研制，對(duì)其他油田相關(guān)工況防垢劑的篩選有一定借鑒作用。