廖仲毅 羅玄 郭耀 李逵 王偉

摘? ? ? 要： 針對海上A油田采用生產(chǎn)污水回注時存在比較嚴重的結垢現(xiàn)象等問題，室內以丙烯酸、陽離子單體、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和次亞磷酸鈉為原料，通過水溶液聚合法研制出了一種新型防垢劑HFJ-S。在分析研究了目標油田水樣離子組成及靜態(tài)結垢量的基礎上，評價了新型防垢劑HFJ-S的防垢效果。實驗結果表明，防垢劑HFJ-S的加量為50 mg/L時，對混合水樣的防垢率能夠達到90%以上;隨著實驗溫度的升高和實驗時間的延長，防垢劑的防垢效率逐漸下降，當實驗溫度為100 ℃時，防垢率仍能達到88.7%，當實驗時間為96 h時，防垢率仍能達到81.6%;在相同的加量條件下，新型防垢劑HFJ-S的防垢效果優(yōu)于常用防垢劑。巖心動態(tài)驅替實驗結果表明，使用加入防垢劑HFJ-S的生產(chǎn)污水驅替目標油田儲層天然巖心至100 PV時，巖心的滲透率保留率能夠保持在90%以上，而使用未加防垢劑的生產(chǎn)污水驅替100 PV時，巖心滲透率保留率僅為50%左右。說明研制的新型防垢劑HFJ-S對目標油田生產(chǎn)污水和地層水具有良好的防垢效果。

關? 鍵? 詞：海上油田;結垢;防垢劑;性能評價;防垢率

中圖分類號：TE 343? ? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ? ?文章編號： 1671-0460（2019）10-2339-04

Abstract： Aiming at the serious scaling problem of production sewage reinjection in offshore A oilfield， a new scale inhibitor HFJ-S was developed in laboratory by aqueous solution polymerization using acrylic acid， cationic monomer， 2-acrylamide-2-methylpropionic sulfonic acid and sodium hypophosphite as raw materials. Based on the analysis and study of ion composition and static scaling amount of target oilfield water samples， the anti-scaling effect of new scale inhibitor HFJ-S was evaluated. The experimental results showed that the anti-scaling efficiency of the scale inhibitor HFJ-S was more than 90% when the dosage of HFJ-S was 50 mg/L. With the increase of the experimental temperature and the extension of the experimental time， the anti-scaling efficiency of the scale inhibitor gradually decreased. When the experimental temperature was 100 C， the anti-scaling rate still reached 88.7%， and when the experimental time was 96 h， the anti-scaling rate still reached 81.6%. The anti-scaling effect of the new scale inhibitor HFJ-S was better than that of common scale inhibitors. The results of core dynamic displacement experiment showed that the core permeability retention rate was maintained above 90% when the production sewage containing scale inhibitor HFJ-S was used to displace the natural core of the target reservoir to 100 PV， while the core permeability retention rate was only about 50% when the production sewage without scale inhibitor was used to displace 100 PV. The results showed that the new scale inhibitor HFJ-S had good scale control effect on the production sewage and formation water of the target oilfield.

Key words： Offshore oilfield; Scaling; Scale inhibitor; Performance evaluation; Scale inhibitory rate

海上A油田主要采用注水開發(fā)，注水儲層段滲透率較低，注入水源主要為生產(chǎn)污水，經(jīng)過一段時間的注水開發(fā)后，部分注水井出現(xiàn)注入壓力升高、注水量下降的現(xiàn)象，逐漸達不到配注要求[1-3]。分析原因認為生產(chǎn)污水在注入儲層時，在儲層溫度和壓力條件下容易出現(xiàn)結垢，從而堵塞注水儲層，造成注水壓力升高、注水量下降[4-6]。因此，為解決生產(chǎn)污水結垢的問題，室內通過水溶液聚合法合成了一種新型防垢劑HFJ-S，在分析了海上A油田生產(chǎn)污水和地層水的離子組成后，對生產(chǎn)污水和地層水不同比例混合后的靜態(tài)結垢量進行了測定，并在此基礎之上，評價了防垢劑HFJ-S的防垢效果，并與常用防垢劑進行了性能對比。為解決海上A油田生產(chǎn)污水回注結垢問題提供一定的技術支持和保障。

1? 實驗部分

1.1? 實驗藥劑與儀器

實驗藥劑：海上A油田生產(chǎn)污水、地層水、丙烯酸（AA）、陽離子單體（HC-2）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）、次亞磷酸鈉、過硫酸銨、緩沖溶液（氨水-氯化銨）、氫氧化鈉、乙二胺四乙酸二鈉（EDTA）、鈣指示劑、無水乙醇、鉻黑T。

實驗儀器：電感耦合等離子體光譜儀、FA2004B型電子分析天平、HH-2型電熱數(shù)顯恒溫水浴鍋、DHG-9240A型臺式鼓風干燥箱、08-2G型恒溫磁力攪拌器、多功能巖心驅替實驗裝置、四口燒瓶、溫度計。

1.2? 新型防垢劑HFJ-S的合成

在裝有溫度計、冷凝管的四口燒瓶中加入一定量的丙烯酸（AA）和蒸餾水，升高至一定溫度后，攪拌混合均勻，完全溶解后，再加入一定量的陽離子單體（HC-2）、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）和次亞磷酸鈉，繼續(xù)攪拌混合均勻，使用氫氧化鈉溶液調節(jié)pH值至6左右，最后再加入引發(fā)劑過硫酸銨，保持溫度恒定，反應一段時間后，即得到淡黃色透明液體產(chǎn)品，繼續(xù)使用無水乙醇洗滌提純，烘干后即得固體新型防垢劑HFJ-S。

1.3? 實驗方法

1.3.1? 水樣離子組成檢測方法

使用電感耦合等離子體光譜儀，參照石油天然氣行業(yè)標準SY/T 5523-2016《油田水分析方法》，對海上A油田生產(chǎn)污水和地層水的離子組成進行分析。

1.3.2? 靜態(tài)結垢量測定方法

參照石油天然氣行業(yè)標準SY/T 5523-2016《油田水分析方法》中的絡合滴定法，使用EDTA滴定水樣混合水樣成垢實驗前后的鈣離子濃度的變化情況，來計算不同混合水樣的靜態(tài)結垢量。

1.3.3? 防垢率測定方法

參照石油天然氣行業(yè)標準SY/T5673-1993《油田用防垢劑性能評定方法》，測定加入防垢劑前后，水樣中成垢離子的濃度變化情況，來評價防垢劑的防垢效果。

防垢率計算公式如下：

1.3.4? 模擬巖心驅替實驗方法

選取海上A油田注水儲層段天然巖心，洗油、烘干后飽和地層水，測定孔隙度和孔隙體積;使用多功能巖心驅替實驗裝置在儲層溫度下測定天然巖心的初始滲透率，然后注入一定PV數(shù)的生產(chǎn)污水，記錄驅替壓力變化情況，并計算巖心的滲透率保留率;另外選取一塊滲透率相近的天然巖心，使用加入防垢劑的生產(chǎn)污水驅替一定PV數(shù)，記錄巖心驅替壓力變化情況，并計算巖心的滲透率保留率，以此評價防垢劑的動態(tài)防垢效果。

2? 結果與討論

2.1? 水樣離子組成分析結果

參照1.3.1中的實驗方法，對海上A油田生產(chǎn)污水和地層水的離子成分進行了分析，實驗結果見表1。由表1可知，目標油田生產(chǎn)污水中成垢陽離子Ca2+和Mg2+的含量較高，水型為CaCl2型，總礦化度為25 000 mg/L左右;而地層水中成垢陰離子HCO3-的含量較高，水型為NaHCO3型，總礦化度為20 000 mg/L左右。兩種水樣的pH值均偏堿性。

2.2? 水樣靜態(tài)結垢量測定結果

參照1.3.2中的實驗方法，對海上A油田生產(chǎn)污水和地層水按不同混合后的靜態(tài)結垢量進行了評價，實驗溫度為30～90 ℃，實驗結果見表2。

由表2實驗結果可以看出，生產(chǎn)污水和地層水按不同比例混合后，在不同溫度下（30～90 ℃）均會形成碳酸鈣垢沉淀，且隨著溫度的升高，結垢量有逐漸增大的趨勢。另外，隨著混合水樣中生產(chǎn)污水的比例增大，結垢量呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，其中當生產(chǎn)污水和地層水的比例為5∶5，結垢量達到最大。當實驗溫度為90 ℃時，結垢量最大可以達到400 mg/L左右，結垢程度較為嚴重。

2.3? 防垢劑加量對防垢率的影響

參照1.3.3中的實驗方法，評價了新型防垢劑HFJ-S加量對防垢率的影響，實驗用水樣為海上A油田生產(chǎn)污水與地層水按5∶5混合，實驗溫度為90 ℃，實驗時間為12 h。實驗結果見圖1。

由圖1實驗結果可以看出，隨著防垢劑HFJ-S加量的增大，防垢率逐漸增大，當防垢劑加量為50 mg/L時，防垢率能夠達到90%以上，再繼續(xù)增大防垢劑的加量，防垢率增加的幅度不大。因此，綜合考慮經(jīng)濟方面的因素，推薦防垢劑HFJ-S的最佳加量為50 mg/L。

2.4? 溫度對防垢率的影響

參照1.3.3中的實驗方法，評價了新型防垢劑HFJ-S在不同溫度下對防垢率的影響，實驗用水樣為海上A油田生產(chǎn)污水與地層水按5∶5混合，防垢劑HFJ-S加量為50 mg/L，實驗時間為12 h。實驗結果見圖2。

由圖2實驗結果可以看出，隨著實驗溫度的增大，防垢劑HFJ-S在混合水樣中的防垢效率逐漸下降，當溫度為100 ℃時，防垢率仍能達到88.7%，說明防垢劑HFJ-S具有較好的耐溫性能，在高溫情況下仍能起到良好的防垢效果。

2.5? 作用時間對防垢率的影響

參照1.3.3中的實驗方法，評價了實驗時間對防垢率的影響，實驗用水樣為海上A油田生產(chǎn)污水與地層水按5∶5混合，實驗溫度為90 ℃，防垢劑HFJ-S加量為50 mg/L。實驗結果見圖3。

由圖3實驗結果可以看出，隨著實驗時間的不斷延長，防垢劑HFJ-S在混合水樣中的防垢效率逐漸下降，當反應時間為96 h時，防垢率仍能達到80%以上，說明防垢劑HFJ-S具有較好穩(wěn)定性，在較長時間的范圍內仍能保持良好的防垢效果，能夠增大防垢劑的作用范圍，達到長效防垢的目的。

2.6? 與常用防垢劑性能對比

參照1.3.3中的實驗方法，評價了新型防垢劑HFJ-S與其他常用防垢劑在不同加量條件下的防垢性能，實驗用水樣為海上A油田生產(chǎn)污水與地層水按5∶5混合，實驗溫度為90 ℃，實驗時間為12 h。實驗結果見圖4。

由圖4實驗結果可以看出，隨著防垢劑濃度的增大，五種防垢劑的防垢率均呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢，其中新型防垢劑HFJ-S在不同濃度條件下的防垢率均優(yōu)于其他常用防垢劑，這說明研制的新型防垢劑HFJ-S對目標油田混合水樣具有良好的防垢效果，能夠滿足海上A油田注水作業(yè)施工的需求。

2.7? 模擬巖心驅替實驗結果

參照1.3.4中的實驗方法，在生產(chǎn)污水中加入50 mg/L的新型防垢劑HFJ-S，測定驅替不同PV數(shù)時的滲透率保留率，作為對比，在相同的實驗條件下，測定未加防垢劑的生產(chǎn)污水對巖心滲透率的影響情況。實驗結果見圖5。

由圖5實驗結果可以看出，隨著生產(chǎn)污水累積注入PV數(shù)的增大，未加入防垢劑的A1#巖心的滲透率呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，當驅替至100 PV時，A1#巖心的滲透率保留率僅為54.5%，巖心堵塞損害較為嚴重，分析原因認為，生產(chǎn)污水在動態(tài)注入過程中，與地層水混合產(chǎn)生了結垢沉淀，造成巖心滲透率下降。而加入HFJ-S的A2#巖心滲透率下降幅度較小，驅替至100 PV時，滲透率保留率為90.5%，說明加入新型防垢劑HFJ-S后，能夠有效防止沉淀的生成，從而降低結垢對天然巖心的堵塞損害程度，起到良好的儲層保護效果。

3? 結 論

（1）針對海上A油田生產(chǎn)污水回注結垢現(xiàn)象嚴重等問題，室內通過水溶液聚合法合成了一種新型防垢劑HFJ-S。

（2）對目標油田水樣離子組成及靜態(tài)結垢量進行了分析和測定，并在此基礎上評價了新型防垢劑HFJ-S的防垢性能。實驗結果表明，防垢劑HFJ-S加量在50 mg/L時，對混合水樣的防垢率能夠達到90%以上，且隨著溫度的升高和實驗時間的延長，防垢劑的防垢效率逐漸下降，但仍能滿足防垢要求。與常用防垢劑相比，新型防垢劑HFJ-S具有更好的防垢效果。使用加入防垢劑HFJ-S的生產(chǎn)污水驅替天然巖心至100 PV時，巖心滲透率保留率能夠達到90%以上，說明研制的新型防垢劑HFJ-S具有良好的防垢效果。

參考文獻：

[1] 張鵬， 耿站立， 張偉，等. 聯(lián)合井網(wǎng)注水開發(fā)油藏注采結構調整潛力分析[J]. 當代化工， 2018，47（5）：1042-1044.

[2] 甘秀玉， 黃曉霞， 馬玄，等. WS17-2油田注入水配伍性研究與防垢劑篩選[J]. 長江大學學報（自科版）， 2016， 13（10）：27-29.

[3] 梁玉凱， 陳霄， 張瑞金，等. 含H2S生產(chǎn)污水回注井解堵增注劑研究與應用[J]. 海洋石油， 2015， 35（3）：42-45.

[4] 楊夢， 王濤， 高潔，等. 塞528區(qū)塊高壓欠注機理研究[J]. 科學技術與工程， 2017（31）：222-227.

[5] 高振. 注水井井筒油卡、蠟卡及結垢治理對策[J]. 內蒙古石油化工， 2017（5）：42-43.

[6] 馬銳. 注水井降壓增注用雜雙子表面活性劑的研制及性能評價[J]. 當代化工， 2017， 46（9）：1799-1802.