(中石化新春石油開發(fā)有限責任公司,山東 東營 257000)

解決油田管道結垢有效的方法是添加合適的阻垢劑[3]。由于阻垢劑的種類繁多，而且國內(nèi)針對阻垢劑的篩選及測試數(shù)據(jù)較少，很少有結合油田現(xiàn)場實際情況[4]。該研究結合實際工況和現(xiàn)場管道水樣進行測試試驗，首先對水樣各種元素含量進行系統(tǒng)分析，采用靜態(tài)滴定法研究了各種因素對結垢的影響，其次針對春風油田管道實際情況對結垢趨勢進行預測，最后篩選出合適的阻垢劑并探究其最佳注入量。

1 實 驗

1.1 實驗藥劑

阻垢劑：2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)、丙烯酸鈉(PAAS)、羥基乙叉二膦酸(HEDP)、氨基三甲叉膦酸(ATMP)。指示劑：鈣羧酸。其他藥品：氯化鈉、無水氯化鈣、六水氯化鎂、碳酸鈉、硫酸鈉、碳酸氫鈉、EDTA-2Na溶液、鈣羧酸、濃鹽酸和NaOH溶液(2 mol/L)，以上藥品均為分析純。

1.2 實驗步驟

1.2.1 水質(zhì)分析及模擬水配制

根據(jù)石油天然氣行業(yè)標準SY/T 5523—2006《油田水分析方法》，利用離子色譜儀(IC)、傅里葉紅外光譜儀(FTIR)等分別對濃鹽水中的離子種類和含量進行分析[5]，配制出模擬水并以此來代替真實溶液進行研究。

1.2.2 阻垢劑篩選及最佳濃度探究

選取適合春風油田的4種效果較好的阻垢劑進行阻垢試驗，這4種阻垢劑分別為PBTCA，HEDP，PAAS和ATMP，進行篩選，得到阻垢性能最好的阻垢劑及其最佳加入濃度。

取4 mL模擬水樣用去離子水稀釋至50 mL并放入錐形瓶中，向錐形瓶中分別加入不同類型及不同量的阻垢劑，添加阻垢劑質(zhì)量濃度為1，2，4，8和10 mg/L。向裝有濾液稀釋液的錐形瓶中加入2 mL NaOH溶液和0.2 g鈣羧酸，混合均勻后立即用EDTA-2Na滴定。當溶液顏色由酒紅色轉變?yōu)榱了{色時，表示滴定結束，記錄消耗EDTA-2Na溶液體積數(shù)。根據(jù)EDTA-2Na滴定量計算出結垢率[7]。

2 結果與討論

2.1 水質(zhì)分析及模擬水配制

本研究利用離子色譜儀和傅里葉紅外光譜儀分別對濃鹽水中的離子種類和含量進行了分析，獲得原始水樣中對結垢影響較大的離子含量，結果見表1。根據(jù)分析水樣中的離子含量，采用常用的鹽復配出2 L模擬濃鹽水,濃鹽水成分見表2。

表1 春風油田污水水質(zhì)分析結果 mg/L

表2 模擬水樣成分

2.2 結垢規(guī)律研究

溫度、pH值和鈣離子濃度都是影響結垢的主要因素，因此研究了模擬水樣在不同的溫度、pH值和鈣離子質(zhì)量濃度下的結垢率[6]，實驗所得結垢率隨其他影響因素的變化關系見圖1。

由圖1(a)可以看出，溫度與結垢率基本成正比，溫度越高，結垢便越大，并且在80 ℃時結垢率達到了30%。由于春風油田鈣離子含量較高，高溫環(huán)境下幾乎與大部分碳酸氫根離子結合形成碳酸鈣垢，說明在高溫環(huán)境下結垢非常嚴重。而且根據(jù)調(diào)研結果，春風油田污水管道溫度接近 75 ℃，因此必須采取適當?shù)姆拦复胧?/p>

圖1 不同影響因素下的結垢率變化

由圖1(b)可以看出，隨著pH值的升高，水樣結垢率逐漸增大，結垢率從pH值為7時的24.32%增加到了pH值為12時的48.24%，說明降低水樣pH值是減小水質(zhì)結垢的一個有效方法，但是同時應當注意的是當pH值降至7以下時，酸性環(huán)境又會帶來腐蝕的問題。該實驗之所以選用7～12的pH范圍，主要是因為在堿性情況下結垢比較明顯，酸性環(huán)境下垢大量溶解，一方面是結垢量過少，難以精確觀測，另一方面是酸性環(huán)境會帶來嚴重的腐蝕問題，因此針對酸性環(huán)境的結垢研究沒有實際意義[8]。春風油田管道水樣大多數(shù)接近中性或弱堿性，所以對結垢影響較小，需要繼續(xù)控制在此酸堿度。

由圖1(c)可以看出，隨著鈣離子質(zhì)量濃度增大，水樣的結垢率呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律，結垢率在鈣離子質(zhì)量濃度為360 mg/L時達到最大，達到72.75%；而后隨著鈣離子濃度增大，結垢率反而降低，當鈣離子質(zhì)量濃度增大到1 800 mg/L時結垢率降低到24.23%。這是由于當鈣離子質(zhì)量濃度較低時，鈣離子濃度小于碳酸根和碳酸氫根的濃度，結垢量受鈣離子含量控制[9]。隨著鈣離子濃度的增大，當鈣離子濃度超過碳酸根和碳酸氫根時，溶液結垢量就受碳酸根和碳酸氫根控制，碳酸鈣的電離平衡反應由于碳酸根離子的增加向左移動，碳酸鈣沉淀析出，但是結垢率是一個相對值，是與溶液初始鈣離子濃度相關的，初始鈣離子濃度增大，使得結垢率降低[10]。

2.3 阻垢劑篩選及最佳濃度探究

針對春風油田采出水和回注水水樣，研究了PBTCA，HEDP，PAAS和ATMP 4種阻垢劑在該水質(zhì)條件(溫度為80 ℃、pH值為7)下，添加質(zhì)量濃度為1,2,4,8和10 mg/L的防垢性能，篩選出最適用的阻垢劑及最佳加注濃度。試驗所得4種阻垢劑在不同質(zhì)量濃度下的阻垢率如圖2所示。

圖2 幾種阻垢劑的阻垢效果

由圖2可以看出，4種阻垢劑分別為PBTCA，PAAS，HEDP和ATMP，其質(zhì)量濃度分別為1，2，4，8和10 mg/L共5組，在其他條件相同的情況下，整體趨勢都是隨阻垢劑質(zhì)量濃度的增加而阻垢率上升。HEDP質(zhì)量濃度在2 mg/L時有一個轉折點，該濃度后整體的阻垢率開始趨向平穩(wěn)。HEDP所有質(zhì)量濃度實驗組中最高阻垢率是在10 mg/L時，達到了73.47%。其最低阻垢率則是在1 mg/L時，只有43.26%。其阻垢率變化趨勢雖然呈上升趨勢，但是隨著濃度的增高阻垢效果增速緩慢，收益較差。ATMP的阻垢率隨阻垢劑質(zhì)量濃度的增加而增大，相鄰濃度的實驗組之間增長速度不一致，最低處是在1 mg/L時，阻垢率只有23.66%；最高處則是在10 mg/L時，阻垢率達到87.22%。PBTCA和PAAS的增長趨勢較為相似，但是阻垢率相差較大，兩者均在10 mg/L時阻垢率達到最大，但是PBTCA的最大阻垢率達91.43%而PAAS的最大阻垢率僅為82.77%，且PBTCA加入8 mg/L時，阻垢率已經(jīng)接近90%。故通過對4種阻垢劑的阻垢率對比，判定出PBTCA為所需阻垢劑，其最適宜的加入質(zhì)量濃度為8 mg/L。

3 結 論

(1)春風油田濃鹽水管線中存在較多的結垢離子，管道結垢趨勢嚴重。

(2)溫度越高，pH值越大，濃鹽水管線結垢趨勢越嚴重。春風油田的污水管線溫度高，pH值大，加劇了結垢，需要采取阻垢措施。

(3)試驗表明：最佳的阻垢劑是PBTCA，其阻垢率可達90%，最佳注入質(zhì)量濃度為8 mg/L。