趙　磊，李克華，杜　雯

(長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州 434023)

油氣田進(jìn)入中后期開發(fā)，普遍會(huì)采用注水采油、排水采氣、排水找氣等新工藝；但同時(shí)為消除對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)油氣田水需采取回注處理。油田注入水通常有3種：一是清水，即有油區(qū)的淺層地下水；二是污水，即與原油同時(shí)采出的地層水，經(jīng)處理后可回注到油層；三是清污混注，當(dāng)然這兩種水先在地面混合，使水中一部分成垢離子先沉淀再回注到地下[1]。

在油田開發(fā)中，注水地層、油井與地面集輸系統(tǒng)結(jié)垢在其機(jī)理及分布規(guī)律上不盡相同，但總的來說是由于水的熱力學(xué)條件變化及不相容水的混合造成的。在地面因伴熱摻水溫度較高，地面集輸系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)結(jié)垢；隨著注水井井深的延伸，溫度逐漸升高，在注入端，水井發(fā)生結(jié)垢；在地下，因地下溫度較高，注入水與地下水相混，就發(fā)生地層結(jié)垢；在采出過程中，由于化學(xué)作用及流體熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)等條件的改變，水中的溶解鹽以沉淀的形式析出，采出系統(tǒng)就會(huì)結(jié)垢[2-3]。

結(jié)垢會(huì)造成油氣產(chǎn)量下降，注水壓力上升，井下及地面設(shè)備損壞，甚至使油氣井停產(chǎn)或報(bào)廢。在各類垢中，硫酸鹽垢最難處理，特別是BaSO4垢。BaSO4垢與石膏類垢的最大區(qū)別在于，前者的溶解度隨溫度升高而急劇增加。一般說來，在地面條件下不析出BaSO4的水，注入地層后也不會(huì)產(chǎn)生BaSO4垢；但在地層飽和了BaSO4的水一進(jìn)入井筒，在上升過程中隨著溫度降低便會(huì)迅速結(jié)垢[4]。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1　主要儀器及原料

恒溫水浴鍋，集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，電子天平，循環(huán)水式真空泵，烘箱，容量瓶若干，燒杯若干，比色管若干。

硫酸鋇，EDTA，C酸，N酸，滲透劑JFC，滲透劑KT，現(xiàn)場(chǎng)清垢劑AD50-10、CQ02-01、長慶3#。

C酸，是一種二齒配位體，工業(yè)上常用作沉淀劑、還原劑和掩蔽劑；它還是一種性能優(yōu)良的絡(luò)合劑，化學(xué)分析工程中常將C酸用以檢驗(yàn)和測(cè)定鈣、鉻、鍶等金屬離子，能與許多金屬離子形成溶于水的絡(luò)合物，即配位化合物。

N酸是一種重要的的有機(jī)酸，廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、食品業(yè)和化妝業(yè)，在化學(xué)工業(yè)中常用作絡(luò)合劑和掩蔽劑。

1.2　清垢率的測(cè)定

本研究的清垢對(duì)象為硫酸鹽，探索過程中主要以硫酸鹽類為主，所以固定實(shí)驗(yàn)用垢樣為純硫酸鋇固體，用量均為0.25 g。參照中國石油天然氣集團(tuán)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SY 148—2007《油田集輸系統(tǒng)化學(xué)清垢劑技術(shù)要求》推薦的做法，加入一定質(zhì)量濃度的混合新型清垢劑，用質(zhì)量法測(cè)定清垢劑對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)垢樣的清垢率，測(cè)試時(shí)間為4 h，測(cè)試溫度為50 ℃。清垢率(k)的計(jì)算公式：

k=(m1-m2)/m1×100%

式中，m1為溶垢前垢的質(zhì)量，g；m2為溶垢后剩余垢質(zhì)量，g。

2　結(jié)果與討論

2.1　正交試驗(yàn)結(jié)果及分析

以硫酸鋇的溶解率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇C酸與EDTA質(zhì)量比(A)、N酸與EDTA質(zhì)量比(B)、清垢劑濃度(C)、清垢溫度(D)和清垢時(shí)間(E)為主要因素，設(shè)計(jì)5因素4水平的正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)因素及水平見表1，正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1　正交試驗(yàn)方案

表2　正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

從表2可以看出，各因素對(duì)清垢率的影響程度為：E>A>C>D>B，即從大到小依次為：清垢時(shí)間、C酸與EDTA質(zhì)量比、清垢劑濃度、清垢溫度、N酸與EDTA質(zhì)量比。按照最優(yōu)條件復(fù)配出的產(chǎn)物，命名為CNQG清垢劑，測(cè)得其在50 ℃、50 mg/L時(shí)的清垢率為63.57%，清垢效果好于正交試驗(yàn)中的最優(yōu)效果。因此，由C酸與EDTA質(zhì)量比為0.5∶1、N酸與EDTA質(zhì)量比為1∶1復(fù)配得到的CNQG清垢劑，在濃度為50 mg/L時(shí)，50 ℃下清垢4 h，清垢效果最好。

2.2　CNQG清垢劑的性能評(píng)價(jià)

2.2.1溫度對(duì)CNQG清垢劑清垢效果的影響

在不同溫度下，將復(fù)配產(chǎn)物CNQG清垢劑與一定量的硫酸鹽垢進(jìn)行清垢反應(yīng)，清垢劑濃度50 mg/L，清垢時(shí)間4 h，測(cè)定其清垢率，結(jié)果見圖1。

圖1　清垢率隨清垢溫度變化的關(guān)系曲線

由圖1可以看出，CNQG清垢劑的清垢性能隨著清垢溫度的升高先增強(qiáng)后降低，呈不規(guī)則的正態(tài)分布。為了降低使用成本，同時(shí)考慮到現(xiàn)場(chǎng)清垢條件，清垢溫度以50 ℃為宜。

2.2.2清垢劑濃度對(duì)CNQG清垢效果的影響

用不同濃度的CNQG清垢劑與一定量的硫酸鹽垢進(jìn)行清垢反應(yīng)，清垢溫度50 ℃，清垢時(shí)間4 h，測(cè)定其清垢率，結(jié)果見圖2。

圖2　清垢率隨清垢劑濃度變化的關(guān)系曲線

由圖2可以看出，CNQG清垢劑的清垢性能隨著其濃度的增加而增強(qiáng)。為降低使用成本，同時(shí)考慮到濃度為40 mg/L的清垢劑已能滿足清垢的要求，因此CNQG清垢劑濃度以40 mg/L為宜。

2.3　與工業(yè)品清垢劑的性能對(duì)比

將CNQG清垢劑與工業(yè)品清垢劑進(jìn)行了性能對(duì)比。由于清垢劑的現(xiàn)場(chǎng)使用濃度通常為50 mg/L，CNQG的清垢最佳濃度也是50 mg/L，因此測(cè)定了清垢劑濃度為50 mg/L的工業(yè)品清垢劑和制備的CNQG清垢劑在清垢溫度為40，50，60 ℃時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)垢樣的清垢效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。制備的CNQG清垢劑整體性能稍優(yōu)于現(xiàn)場(chǎng)使用的3種工業(yè)品清垢劑，尤其是對(duì)固52-62垢樣和莊157-45垢樣清垢效果較好。

表3　CNQG與現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)品清垢劑效果對(duì)比

3　結(jié)論

1)以乙二胺四乙酸、C酸、N酸為原料優(yōu)選復(fù)配出一種新型清垢劑CNQG，這種具有螯合作用的清垢劑的清垢性能優(yōu)良。

2)通過正交試驗(yàn)得到CNQG清垢劑的最佳清垢效果的條件為：乙二胺四乙酸/C酸/N酸的質(zhì)量比為1∶0.5∶1，清垢溫度50 ℃，清垢時(shí)間4 h。

3)制備的CNQG清垢劑整體性能稍優(yōu)于現(xiàn)場(chǎng)使用的3種工業(yè)品清垢劑。

[1]管令．淺析油井結(jié)垢機(jī)理及清防垢技術(shù)[J]．中國化工貿(mào)易，2013，11(11)：33-34．

[2]高清河．油田用綠色高效阻垢分散劑的研究及應(yīng)用[D]．大慶：大慶石油學(xué)院，2006．

[3]孫莉．坪橋油田采油管道結(jié)垢機(jī)理與防治措施[D]．西安：西安建筑科技大學(xué)，2008．

[4]周厚安．油氣田開發(fā)中硫酸鹽垢的形成及防垢劑和除垢劑研究與應(yīng)用進(jìn)展[J]．石油與天然氣化工，1999，28(3)：213-214．