綠色阻垢劑在油田中的應(yīng)用

楊紅麗，駱薇，武存喜，李國榮，侯玉霞

（1.延安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 延安 716000；2.西安職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西 西安 710077）

在石油生產(chǎn)和化工企業(yè)中，很多都需要添加阻垢劑來對于管道和設(shè)備的結(jié)垢以及腐蝕現(xiàn)象進行預(yù)防和處理。在油田相關(guān)工作開展中，也需要對于相應(yīng)設(shè)備和管道的結(jié)垢和腐蝕問題進行處理[1-4]。傳統(tǒng)油田生產(chǎn)中使用的阻垢劑其中還有一定的污染物和毒性，對于生態(tài)環(huán)境會帶來一定的污染。隨著人類對于生態(tài)保護的意識不斷增強，新時期，油田生產(chǎn)中應(yīng)用阻垢劑，也需要考慮降低污染、保護生態(tài)的需要，因此，油田生產(chǎn)中的綠色阻垢劑應(yīng)用研究備受青睞[5-6]，這是實現(xiàn)油田綠色環(huán)保生產(chǎn)的需要。

1 緩蝕阻垢原理分析

在油田生產(chǎn)中，需要用到循環(huán)冷卻水系統(tǒng)和大量的運輸管道及傳輸設(shè)備，而這些設(shè)備和管道中的結(jié)垢現(xiàn)象是必然的，長期不處理結(jié)垢問題，可能導(dǎo)致管道阻塞或設(shè)備腐蝕，所以，一般需要通過使用緩蝕阻垢劑來化解。這是一種化學(xué)的阻垢方式，就其應(yīng)用原理來看，主要是通過螯合以及分散作用來阻止污垢或雜質(zhì)在管道和設(shè)備中的黏附[7-11]。阻垢劑可以和管道或設(shè)備的金屬離子之間產(chǎn)生配位鍵，這樣就會形成一種環(huán)狀的螯合物，阻垢劑讓易結(jié)垢離子在沒有析出之前穩(wěn)定的居于管道液體中，這時候的離子無法進一步增大，從而達到阻垢的效果。而分散作用則是因為阻垢劑中有較多的負電基團，能夠?qū)⒔Y(jié)垢中的細小微粒吸附過去，防止晶核不斷增大。不過，這里的阻垢劑高分子要分子更小，因為高分子阻垢劑要是過大，則會導(dǎo)致吸附架橋作用更加突出，這時候的阻垢劑可能就變成了混凝劑，這樣反而不能阻止晶核變大，其自身就可能變成最大的阻礙。

2 綠色環(huán)保阻垢劑類型

2.1 聚天冬氨酸（PASP）

這種阻垢劑的開發(fā)靈感來源于海洋生物代謝，是目前開發(fā)成功并廣泛應(yīng)用的一種新型綠色阻垢劑，也是現(xiàn)階段綠色阻垢劑研究的重要對象之一。這一阻垢劑最早于20世紀90年代在美國被開發(fā)應(yīng)用，這種阻垢劑無論是從原料、制備過程還是使用對環(huán)境的影響來看，都是十分環(huán)保的，阻垢劑的可降解性較好。在針對這類阻垢劑的實驗研究中還發(fā)現(xiàn)，其成分和葡萄糖降解性能十分類似。相關(guān)學(xué)者在研究中還發(fā)現(xiàn)，針對不同接種量、不同濃度的聚天冬氨酸的溶解速度最快只要4 天，最慢要20 天就能夠?qū)崿F(xiàn)完全降解[12-14]。

就其分子結(jié)構(gòu)來看，主要成分為酰胺鍵和羧基，屬于中性化的阻垢劑。這種阻垢劑能夠?qū)崿F(xiàn)和鈣、鐵、銅等物質(zhì)的螯合，能夠有效改變鈣鹽晶體結(jié)構(gòu)，讓晶體結(jié)構(gòu)變軟，從而實現(xiàn)阻垢的效果。在這類阻垢劑的研究中，為進一步提升阻垢效果，學(xué)者們也對于阻垢效果的不同影響因素進行了一一驗證，得出最理想的合成方案。此外，研究也進一步探索了在發(fā)揮阻垢劑性能的基礎(chǔ)上的成本控制方案，探索以聚天冬氨酸為主體的復(fù)配物生產(chǎn)，也獲得了一定的研究成效。這類物質(zhì)緩蝕性比較理想，能夠和多種離子進行螯合，對于阻止金屬腐蝕有很好的應(yīng)用效果。這種綠色阻垢劑是陽極型，將其添加到不含溶解氧的水中，只需要低濃度的該阻垢劑就能夠起到很好的防腐蝕效果[15]。

2.2 聚環(huán)氧琥珀酸（PESA）

這是一種不含磷的有機化合物，其應(yīng)用中的阻垢以及緩蝕效果都非常好。且這種阻垢劑也具備較好的生物降解性，在高堿、高金屬含量的液體傳輸系統(tǒng)中有很好的應(yīng)用效果，是目前油田管道和設(shè)備阻垢的新型綠色材料之一，也是綠色化學(xué)的成功開發(fā)成果。

現(xiàn)階段，PESA 的阻垢效果和環(huán)保性得到了越來越多的肯定，國內(nèi)已經(jīng)有很多企業(yè)開始生產(chǎn)這種阻垢劑，相關(guān)研究中也積極探索這類阻垢劑的效果優(yōu)化方案[16-18]。在相關(guān)實驗中發(fā)現(xiàn)，聚環(huán)氧琥珀酸針對硫酸鋇、碳酸鈣、氟化鈣以及硫酸鈣等結(jié)垢現(xiàn)象有很好的處理效果，相比之下，其對磷酸鈣結(jié)垢問題處理效果相對不足。這種綠色阻垢劑也是美國實驗室研制出來的，和上述的PASP 幾乎是同一時期問世。在這類物質(zhì)研究成功后，日本以及其他國家也開始對于這一阻垢劑進行衍生物開發(fā)[19]。在這一阻垢劑的實驗研究和產(chǎn)品開發(fā)中，我國也進行了大量的人力物力和財力投入，獲得了一定的成效。就其對結(jié)垢的處理原理來看，實驗探究了其對碳酸鈣的成垢處理過程，研究發(fā)現(xiàn)，這種阻垢劑的分散效果非常突出，可以讓垢粒延緩增大速度，且其晶格畸變效果也十分突出，可以讓鈣垢形成的晶體特征明顯削弱直至完全消失。在相關(guān)實驗中，進一步驗證了聚環(huán)氧琥珀酸對于硫酸鋇、氟化鈣以及硫酸鈣等同樣具有很好的阻垢效果。

在使用聚環(huán)氧琥珀酸處理結(jié)垢問題時，一般其阻垢緩蝕的效果會根據(jù)藥量投入的增加而不斷增強。單獨使用這類阻垢劑，只需要很少的量就能夠?qū)μ间撈鸬胶芎玫木徫g阻垢效果。而隨著聚環(huán)氧琥珀酸添加量的不斷增多，碳鋼腐蝕速率也會不斷降低。眾多實驗研究表明，以聚環(huán)氧琥珀酸合成的阻垢劑具有很好的阻垢性能，且相關(guān)生產(chǎn)原料和使用過程等都十分環(huán)保[20]。除碳鋼外，單獨使用聚環(huán)氧琥珀酸來處理結(jié)垢的其他金屬構(gòu)件，效果并不是很好，所以需要和其他緩蝕劑進行復(fù)配，研發(fā)低磷阻垢劑，可以有效增強緩蝕阻垢效果。

2.3 木質(zhì)素磺酸鈉類

對造紙廠廢渣污泥中的木質(zhì)素磺化能夠得到木質(zhì)素磺酸鈉，這是一種成本低廉、生物降解性好的天然阻垢劑。將這種木質(zhì)素磺酸鈉和有機磷、鋅鹽以及苯并三唑等作用，可以復(fù)配得出性能比較理想的阻垢劑，且這類阻垢劑中的有機磷含量會明顯減少，排放不會造成水體富營養(yǎng)化問題，可以達到環(huán)保、綠色的使用效果。在研究中發(fā)現(xiàn)，將木質(zhì)素磺酸鈉和丙烯酸接枝，生產(chǎn)的阻垢劑的除垢效率達到60%以上，整體緩蝕阻垢性能比較理想。這類阻垢劑是充分利用了造紙廠的污泥來作為原材料的，可以降低造紙廠的污泥帶來的二次污染，還能夠變廢為寶，用較低的成本來獲得綠色阻垢劑的生產(chǎn)原料，是真正的環(huán)保型阻垢劑[21]。不過需要注意的是，在造紙廠的污泥中進行木質(zhì)素磺酸鈉的制備，相應(yīng)制備品質(zhì)和用純木質(zhì)素磺酸鈉制備的產(chǎn)物質(zhì)量還是有一定差距的，不同途徑得到的木質(zhì)素磺酸鈉復(fù)配得出的阻垢劑性能上存在哪些差異，還需要進一步的實驗研究來驗證。

3 綠色阻垢劑的發(fā)展方向

近年來，隨著生態(tài)環(huán)境的進一步惡化，人們對于生產(chǎn)生活中的生態(tài)保護更加關(guān)注，尤其是工業(yè)生產(chǎn)中，探索綠色、低碳、環(huán)保的生產(chǎn)發(fā)展模式已經(jīng)成為一種硬性要求了。油田類生產(chǎn)中，為了阻止管道阻塞和設(shè)備腐蝕，會長期使用阻垢劑，傳統(tǒng)阻垢劑對于生態(tài)環(huán)境會帶來一定危害，所以研究綠色阻垢劑很有必要。研究發(fā)現(xiàn)，有機磷類的阻垢劑在高硬度、高酸堿度以及高溫的石油企業(yè)開采、機械等冷卻水系統(tǒng)中應(yīng)用效果更好，起到的緩蝕阻垢效果更理想。且使用上述的幾種綠色阻垢劑，能夠在發(fā)揮阻垢效果的同時，有效降低污染，保護環(huán)境。

近年來，高分子緩蝕阻垢劑的市場前景以及科技研發(fā)都比較好，相對而言，這些阻垢劑產(chǎn)品效果突出，毒性弱，熱穩(wěn)定性理想，能夠滿足高溫工作要求，發(fā)揮很好的阻垢效果。目前市場上的阻垢劑很多都是單體投加的，要是將其和其他阻垢劑結(jié)合起來應(yīng)用，能夠達到不一樣的復(fù)配效果，這也是目前綠色阻垢劑研究的重要方向之一[22]。但是可以看到的是，未來的阻垢劑研究中，會越來越關(guān)注阻垢劑研發(fā)的成本、綠色環(huán)保性能。

此外，阻垢劑的反滲透性也是重點研究方向和領(lǐng)域，相關(guān)藥劑研發(fā)人員對標世界一流企業(yè)和產(chǎn)品，打造核心技術(shù)，對兩種進口某品牌8 倍濃縮液、一種進口某品牌5 倍濃縮液、兩種國產(chǎn)某品牌反滲透阻垢劑開展研發(fā)工作。在試驗過程中，研發(fā)人員將反滲透系統(tǒng)回收率設(shè)定在75%，用碳酸鹽沉積法測定自研反滲透阻垢劑阻垢性能。通過試驗研發(fā)，不斷提升阻垢劑的反滲透性能。

4 結(jié)束語

目前，綠色環(huán)保生產(chǎn)是大勢所趨，在油田生產(chǎn)中，也需要迎合時代發(fā)展需要，積極探索綠色低碳環(huán)保的生產(chǎn)模式。在油田生產(chǎn)中，阻垢劑應(yīng)用是重要一環(huán)，這是保證生產(chǎn)管道和設(shè)備有效運行的關(guān)鍵，就目前的油田阻垢劑使用來看，有多種綠色阻垢劑可供選擇，相關(guān)阻垢劑研發(fā)中，也需要進一步把握油田阻垢劑的應(yīng)用特點和需要，不斷提升阻垢劑性能，減少不利影響和污染，為綠色生產(chǎn)服務(wù)。