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(kāi)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(jié)垢[1-2]，結(jié)垢增加輸送阻力、降低輸送流量，且易造成設(shè)備磨損或堵塞。結(jié)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(xì)孔道，使油田產(chǎn)量下降?；瘜W(xué)阻垢劑是較好的阻垢方法[4-5]，通過(guò)降低介質(zhì)中游離成垢離子濃度實(shí)現(xiàn)阻垢，阻垢率檢測(cè)方法常有靜態(tài)滴定法和動(dòng)態(tài)環(huán)道法。本文通過(guò)對(duì)渤海某油田垢樣、水樣分析，了解現(xiàn)場(chǎng)結(jié)垢趨勢(shì)。分別采用靜態(tài)滴定法和動(dòng)態(tài)環(huán)道法對(duì)模擬水進(jìn)行不同類型防垢劑性能評(píng)價(jià)，為油田現(xiàn)場(chǎng)防垢提供解決思路。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 垢樣成分分析

對(duì)生產(chǎn)緩沖罐中的垢樣進(jìn)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(wú)標(biāo)樣半定量分析，靶源為Rh，檢測(cè)器為(閃爍+正比)計(jì)數(shù)；XRD分析采用靶源為CuKα，檢測(cè)器為閃爍計(jì)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(cè)定

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

1.4 動(dòng)態(tài)防垢率測(cè)定

根據(jù)Q/HS 2057-2010《海上油田化學(xué)垢監(jiān)測(cè)及防垢效果評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》附錄B《油田水動(dòng)態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)方法》，采用一種防垢劑動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)系統(tǒng)[6]對(duì)模擬水進(jìn)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(dòng)態(tài)防垢率測(cè)定。實(shí)驗(yàn)溫度67 ℃，常壓，未鼓入CO2，流速2 mL/min，以進(jìn)出口壓力差≥8 MPa或?qū)嶒?yàn)時(shí)長(zhǎng)達(dá)12 h停止。

1.5 油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及應(yīng)用

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果以45 mg/L防垢劑SH-13進(jìn)行中試實(shí)驗(yàn)，防垢劑與緩蝕劑加注點(diǎn)位間隔時(shí)長(zhǎng)約1.5 h，防垢劑與清水劑加注點(diǎn)位間隔時(shí)長(zhǎng)約1 h。通過(guò)對(duì)油田結(jié)垢測(cè)試短節(jié)觀察、管道壓力及設(shè)備運(yùn)行參數(shù)跟蹤、管道通球產(chǎn)物質(zhì)量等綜合評(píng)估防垢劑應(yīng)用效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 垢樣結(jié)果分析

緩沖罐垢樣X(jué)RF元素分析結(jié)果見(jiàn)表1，垢樣X(jué)RD分析見(jiàn)圖1。

表1 緩沖罐垢樣X(jué)RF分析Table 1 XRF analysis of surge drum scale sample

圖1 緩沖罐垢樣X(jué)RD分析Fig.1 XRD analysis of surge drum scale sample

根據(jù)XRF和XRD結(jié)果可知，垢樣中結(jié)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(jié)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(lái)，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(bào)告

水質(zhì)分析報(bào)告見(jiàn)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(cè)定結(jié)果

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

由靜態(tài)防垢率測(cè)定結(jié)果表可知，SH-04和SH-13滿足防垢率>90%的標(biāo)準(zhǔn)，且水樣未見(jiàn)結(jié)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(kāi)展動(dòng)態(tài)環(huán)道防垢率測(cè)定實(shí)驗(yàn)。

2.4 動(dòng)態(tài)防垢率測(cè)定結(jié)果

由圖2和表4可知，對(duì)比空白水樣，加入防垢劑SH-13后能顯著降低盤(pán)管結(jié)垢量并大幅延長(zhǎng)膜片被堵塞至特定壓力的時(shí)長(zhǎng)，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(dòng)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(shì)。防垢劑以45 mg/L濃度與緩蝕劑和清水劑進(jìn)行兩者或三者配伍性實(shí)驗(yàn)，防垢效率都有一定幅度下降，且與緩蝕劑配伍時(shí)防垢率為92.04%，與清水劑配伍時(shí)防垢率為96.43%，結(jié)果表明緩蝕劑的加入對(duì)防垢劑的阻垢效果影響比清水劑的加入影響要大。動(dòng)態(tài)防垢率測(cè)定壓力時(shí)間圖也顯示防垢劑中加入清水劑后到達(dá)特定壓力的時(shí)長(zhǎng)比加入緩蝕劑的時(shí)長(zhǎng)大幅延長(zhǎng)，這可能是陰離子型防垢劑與陽(yáng)離子型緩蝕劑發(fā)生一定反應(yīng)，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(duì)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(shí)動(dòng)態(tài)防垢率低于甲方要求的90%，但仍高于行業(yè)≥85%的Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

表4 動(dòng)態(tài)防垢率測(cè)定結(jié)果表Table 4 Measurement results of dynamic scale inhibition rate

圖2 動(dòng)態(tài)防垢率測(cè)定壓力時(shí)間圖Fig.2 Pressure-time diagram of dynamic scale inhibition rate

2.5 油田現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

三個(gè)月油田現(xiàn)場(chǎng)中試結(jié)果表明，管道結(jié)垢測(cè)試短節(jié)結(jié)垢量極少，垢樣較為松散、粒度較細(xì)，優(yōu)于往期測(cè)試結(jié)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(biāo)準(zhǔn)要求；現(xiàn)場(chǎng)流程壓力、泵運(yùn)行參數(shù)等平穩(wěn)，關(guān)鍵部位濾網(wǎng)拆洗間隔延長(zhǎng)，且清水劑、緩蝕劑應(yīng)用效果未受到明顯影響，防垢劑應(yīng)用效果獲得甲方認(rèn)可。

3 結(jié) 論

(1)油田現(xiàn)場(chǎng)水樣結(jié)垢趨勢(shì)較為嚴(yán)重，結(jié)垢以鈣鎂垢為主；自主開(kāi)發(fā)的無(wú)磷防垢劑產(chǎn)品SH-13在45 mg/L濃度加注時(shí)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)防垢率均大于98%，且濃度降低至40 mg/L時(shí)動(dòng)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(duì)防垢劑影響略大，清水劑對(duì)防垢劑影響略小，三者同時(shí)加注時(shí)動(dòng)態(tài)防垢率仍達(dá)到86.85%；

(3)防垢劑SH-13以45 mg/L現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，測(cè)試短節(jié)結(jié)垢量、管道及設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、管道通球產(chǎn)物量都表明防垢劑應(yīng)用效果良好，且清水劑、緩蝕劑應(yīng)用性能未受到明顯影響，實(shí)驗(yàn)效果獲得甲方認(rèn)可。