渤海某油田防垢劑篩選及性能評價

胡昭朝，劉言霞，陸 原，張 敦

(中海油(天津)油田化工有限公司，天津 300450)

油田開采中溫度、壓力等的變化使油井柱、離心泵葉片、管道變徑等出現(xiàn)大量結垢[1-2]，結垢增加輸送阻力、降低輸送流量，且易造成設備磨損或堵塞。結垢易使管道出現(xiàn)垢下腐蝕穿孔的安全隱患[3]。油田回注水常與地層原生水不配伍出現(xiàn)垢體析出，垢體易堵塞地層毛細孔道，使油田產(chǎn)量下降?；瘜W阻垢劑是較好的阻垢方法[4-5]，通過降低介質(zhì)中游離成垢離子濃度實現(xiàn)阻垢，阻垢率檢測方法常有靜態(tài)滴定法和動態(tài)環(huán)道法。本文通過對渤海某油田垢樣、水樣分析，了解現(xiàn)場結垢趨勢。分別采用靜態(tài)滴定法和動態(tài)環(huán)道法對模擬水進行不同類型防垢劑性能評價，為油田現(xiàn)場防垢提供解決思路。

1 實 驗

1.1 垢樣成分分析

對生產(chǎn)緩沖罐中的垢樣進行X射線熒光光譜(XRF)元素分析和X射線衍射(XRD)垢樣晶體組成分析。XRF分析采用無標樣半定量分析，靶源為Rh，檢測器為(閃爍+正比)計數(shù)；XRD分析采用靶源為CuKα，檢測器為閃爍計數(shù)器，管壓(KV)：40，管流(mA)：40，掃描范圍(2θ)：50°～800°，掃描方式：連續(xù)掃描。

1.2 水質(zhì)分析

1.3 靜態(tài)防垢率測定

根據(jù)SY/T5673-1993油田用防垢劑性能評定方法對模擬水進行不同類型防垢劑樣品開展室內(nèi)靜態(tài)防垢率測定，評選周期24 h/輪，評選溫度70 ℃，防垢劑加藥濃度45 mg/L。

1.4 動態(tài)防垢率測定

根據(jù)Q/HS 2057-2010《海上油田化學垢監(jiān)測及防垢效果評價技術規(guī)范》附錄B《油田水動態(tài)結垢實驗方法》，采用一種防垢劑動態(tài)評價系統(tǒng)[6]對模擬水進行空白水樣和加注防垢劑及30 mg/L緩蝕劑、10 mg/L清水劑后的動態(tài)防垢率測定。實驗溫度67 ℃，常壓，未鼓入CO2，流速2 mL/min，以進出口壓力差≥8 MPa或?qū)嶒灂r長達12 h停止。

1.5 油田現(xiàn)場試驗及應用

根據(jù)實驗結果以45 mg/L防垢劑SH-13進行中試實驗，防垢劑與緩蝕劑加注點位間隔時長約1.5 h，防垢劑與清水劑加注點位間隔時長約1 h。通過對油田結垢測試短節(jié)觀察、管道壓力及設備運行參數(shù)跟蹤、管道通球產(chǎn)物質(zhì)量等綜合評估防垢劑應用效果。

2 結果與討論

2.1 垢樣結果分析

緩沖罐垢樣XRF元素分析結果見表1，垢樣XRD分析見圖1。

表1 緩沖罐垢樣XRF分析Table 1 XRF analysis of surge drum scale sample

圖1 緩沖罐垢樣XRD分析Fig.1 XRD analysis of surge drum scale sample

根據(jù)XRF和XRD結果可知，垢樣中結晶主體可能為MgSr(CO3)2，還包括CaCO3、SiO2及鐵的氧化物或硫化物[7-8]，垢樣中的MgSr(CO3)2、CaCO3可能是地層水的Mg2+、Ca2+、Sr2+與CO32-隨壓力降低而結合生成的，SiO2是水源井水中沉積的砂，鐵的氧化物或硫化物可能是地層水帶來，也可能是地面管道中腐蝕產(chǎn)生的Fe的化合物。

2.2 水質(zhì)分析報告

水質(zhì)分析報告見表2。

表2 生產(chǎn)水緩沖罐水質(zhì)成分分析表Table 2 Analysis table of water quality components of production water surge drum

2.3 靜態(tài)防垢率測定結果

表3 靜態(tài)防垢率測定結果表Table 3 Measurement results of static scale inhibition rate

由靜態(tài)防垢率測定結果表可知，SH-04和SH-13滿足防垢率>90%的標準，且水樣未見結垢等不良現(xiàn)象。在綜合考慮藥劑成本、藥劑密度以及產(chǎn)品含磷情況，選取SH-13開展動態(tài)環(huán)道防垢率測定實驗。

2.4 動態(tài)防垢率測定結果

由圖2和表4可知，對比空白水樣，加入防垢劑SH-13后能顯著降低盤管結垢量并大幅延長膜片被堵塞至特定壓力的時長，表明防垢劑阻垢效果優(yōu)異。防垢劑SH-13加注濃度由45 mg/L下調(diào)至40 mg/L后，動態(tài)防垢率由98.02%下降至93.64%，隨著加注濃度降低，防垢率也呈下降趨勢。防垢劑以45 mg/L濃度與緩蝕劑和清水劑進行兩者或三者配伍性實驗，防垢效率都有一定幅度下降，且與緩蝕劑配伍時防垢率為92.04%，與清水劑配伍時防垢率為96.43%，結果表明緩蝕劑的加入對防垢劑的阻垢效果影響比清水劑的加入影響要大。動態(tài)防垢率測定壓力時間圖也顯示防垢劑中加入清水劑后到達特定壓力的時長比加入緩蝕劑的時長大幅延長，這可能是陰離子型防垢劑與陽離子型緩蝕劑發(fā)生一定反應，最終影響了防垢劑阻垢效果。而清水劑為非離子型產(chǎn)品，對陰離子型防垢劑影響較小。防垢劑、緩蝕劑、清水劑三者共同加注時動態(tài)防垢率低于甲方要求的90%，但仍高于行業(yè)≥85%的Ⅰ級標準。

表4 動態(tài)防垢率測定結果表Table 4 Measurement results of dynamic scale inhibition rate

圖2 動態(tài)防垢率測定壓力時間圖Fig.2 Pressure-time diagram of dynamic scale inhibition rate

2.5 油田現(xiàn)場實驗

三個月油田現(xiàn)場中試結果表明，管道結垢測試短節(jié)結垢量極少，垢樣較為松散、粒度較細，優(yōu)于往期測試結果；各條海管定期通球固體產(chǎn)物量均滿足甲方≤2公斤/次的標準要求；現(xiàn)場流程壓力、泵運行參數(shù)等平穩(wěn)，關鍵部位濾網(wǎng)拆洗間隔延長，且清水劑、緩蝕劑應用效果未受到明顯影響，防垢劑應用效果獲得甲方認可。

3 結 論

(1)油田現(xiàn)場水樣結垢趨勢較為嚴重，結垢以鈣鎂垢為主；自主開發(fā)的無磷防垢劑產(chǎn)品SH-13在45 mg/L濃度加注時靜態(tài)、動態(tài)防垢率均大于98%，且濃度降低至40 mg/L時動態(tài)防垢率仍高于90%，防垢劑SH-13的防垢效果優(yōu)異；

(2)緩蝕劑、清水劑與防垢劑配伍性良好，緩蝕劑對防垢劑影響略大，清水劑對防垢劑影響略小，三者同時加注時動態(tài)防垢率仍達到86.85%；

(3)防垢劑SH-13以45 mg/L現(xiàn)場應用時，測試短節(jié)結垢量、管道及設備運行參數(shù)、管道通球產(chǎn)物量都表明防垢劑應用效果良好，且清水劑、緩蝕劑應用性能未受到明顯影響，實驗效果獲得甲方認可。