泡沫驱注采系统用阻垢剂优选及性能研究.docx

1、泡沫驱注采系统用阻垢剂优选及性能研究摘 要本论文针对泡沫驱注采系统的结垢情况，首先采用原子吸收光谱法和离子色谱法对华北油田文120区块的水质离子含量进行分析，然后配制模拟水样并采用静态法进行结垢实验，得到各影响因素对结垢率的影响规律为：结垢率随pH值增大而增加；随表活剂浓度增加结垢率减小；温度越高，结垢率越大；钙离子浓度增加后结垢量也增加。最后采用静态防垢实验进行了阻垢剂筛选评价研究，研究结果表明： ATMP、PBTCA、HEDP三种阻垢剂中PBTCA阻垢性能最好，为文120区块的最佳阻垢剂，且最佳投放浓度为8mg/L；阻垢剂性能评价研究表明pH越大阻垢率越低，表活剂浓度对阻垢剂无太大影响；温

2、度升高会使阻垢率降低；钙离子浓度增加时阻垢率增大。关键词：结垢；阻垢剂；静态法；筛选；性能评价 Screening and performance evaluation of scale inhibitorin Foam Flooding injection and production systemAbstractIn this thesis, aiming to the situation of scaling in Foam Flooding system, the first use of atomic absorption spectrometry and ion chromatog

3、raphy analyzed Huabei Oilfield ion content in Wen120 area water. Then preparating simulated water sample and using static method to adopt scale experiments. Obtaining scaling laws：Fouling rate increases with pH increase; Surfactant concentration increases with fouling rate decreases; Fouling rate in

4、creases with increasing temperature; Amount of fouling increased with increasing calcium concentration. Finally, experiments were performed using the static scale method to inhibitor screening and evaluation studies. The results showing：for ATMP, PBTCA, HEDP three kinds inhibitor, PBTCA has the best

5、 performance for scaling, and best concentration of 8mg/L; Inhibition rate decreased with increasing pH; Surfactant concentration without much impact on the scale inhibitor; Inhibition rate decreases with increasing temperature; Inhibition rate decreases with increasing the calcium concentration.Key

6、words：Scaling；Inhibitor；Static Method；Screening；Performance Evaluation目 录第1章 研究背景11.1结垢研究现状11.1.1 结垢原因11.1.2 垢种类简介11.1.3 结垢产生的影响21.2 阻垢研究现状21.2.1 阻垢方法及机理21.2.2 阻垢剂研究3第2章 实验内容及方法52.1 引言52.2 油田水样分析52.3 碳酸钙结垢趋势预测62.4 静态结垢实验72.5 阻垢剂性能评价实验82.5.1 阻垢剂筛选实验92.5.2 影响阻垢剂因素的实验92.6 水质钙的EDTA滴定法10第3章 结垢规律分析123.1 引

7、言123.2 结垢趋势预测123.3 影响结垢规律的因素分析123.3.1 pH值对结垢的影响123.3.2 表活剂对结垢的影响133.3.3 温度对结垢的影响143.3.4 钙离子浓度对结垢的影响153.4 小结16第4章 阻垢剂筛选及性能评价分析184.1 引言184.2 阻垢剂筛选实验结果184.2.1 阻垢剂种类筛选结果184.2.2 阻垢剂浓度筛选结果204.3 影响阻垢剂性能的因素分析214.3.1 pH值对阻垢剂的影响分析214.3.2 表活剂对阻垢剂的影响分析224.3.3 温度对阻垢剂的影响分析234.3.4 钙离子浓度对阻垢剂的影响分析244.4 小结25第5章 结论26致

8、 谢27参考文献28第1章 研究背景第1章 研究背景在生产生活中每个用水的过程都有产生结垢状况的可能，结垢的产生会对正常的生产生活造成各种不利的影响。例如在现代各种企业生产中，结垢产物会使管道被堵塞，减小管道的可流通面积，阻碍液体流动，并引发垢下腐蚀，还会降低传热设备的传热效率，对各种工作生产的正常进行造成不可忽视的影响。在采油过程中，结垢容易发生在注水地层和油井井筒等地方，对油田生产造成重大危害1。因此防垢、除垢等措施就刻不容缓，我们必须了解结垢的原因及垢层组成才能有效的对垢层进行处理，并结合实际情况，进行适当有效的防垢、除垢措施。现在防垢方法用的最多的还是使用有效的阻垢剂，因此阻垢剂的优选

9、和性能评价就变得至关重要。1.1 结垢研究现状1.1.1 结垢原因造成结垢的原因一般是溶液中存在较大浓度的易结垢盐离子，在各种生产工作的条件下由于压力和温度的变化导致离子间原本的平衡被破坏而结垢。还有的情况是几种不相容的溶液掺杂在一起，其中的不相容离子相互间进行作用而生成垢，若在油田采出物中有组分含量的变化也有可能形成垢，因为原有的物质平衡可能被打破了2。根据热力学原理可知，压力、温度等条件会影响难溶盐在溶液中的溶解度，当混合溶液中的易成垢离子拥有一定的过饱和度后，就会从溶液中析出晶体，晶体逐渐形成垢层。溶液中形成垢层的过程一般是：溶解、过饱和晶体析出、晶体长大、结垢。结晶动力学、热力学、流体

10、动力学等条件会对易成垢离子的过饱和度造成决定性影响。对结垢程度有一定影响的因素包括pH值、压力、流速、温度、溶液组分（成垢组分和非成垢组分）和一些其余的外在因素，例如管道壁的洁净光滑程度、管道的外貌及大小等1。1.1.2 垢种类简介根据目前世界上对垢的研究了解到，在水中大概能生成120多种垢，但在油田采油生产中，一般而言主要只有硫酸钙（镁）、碳酸钙（镁）、硫酸锶、硫酸钡这几种垢产物3，而且很多垢会结合成为混合垢，单一种类的垢存在比较少。还有一些管道或设备的腐蚀产物和混合液析出的结晶盐等也算在垢的范围内，比如FeCO3、Fe(OH)2、FeS、Fe2O3和Fe(OH)3，以及由于溶解度和温度影响

11、而析出的氯化钠结晶等4。这些垢中以硫酸钙（镁）、碳酸钙、硫酸钡和硫酸锶的危害最大，碳酸镁在高温下才容易结垢，温度较低时会生成氢氧化镁，因此影响不大。其中硫酸钡和硫酸锶是最难溶的，并且二者经常混在一起，很难分离。根据垢的结合种类和类型分为碳酸盐垢和硫酸盐垢两大类。1.1.3 结垢产生的影响油田生产中，垢产物可能会聚集在地层、近井、井筒以及设备角落等部位，给油田工作带来很多问题，严重阻碍油田的高速发展，造成的危害主要有5： (1) 油层及近井地带结垢，会造成油气输送管道的堵塞，降低油层渗透率，气液流动阻力也会跟着上升，最后使油井产油量下降，甚至导致最后封井，尤其在低渗透油田表现明显； (2) 若注

12、水系统结垢，则输水管的截面积减小，从而导致供、注水管道和输油管的运输量降低。另外，若注水井近井地带结垢，则会使注水压力上升，造成事倍功半的影响； (3) 抽油杆结垢，会严重增大抽油杆的负荷，造成抽油杆的偏磨和抽油杆断脱等事故，使泵的工作效率严重降低，甚至使泵报废，从而增加了设备方面的生产成本； (4) 生产设备和运输管线的表面沉积出垢层后容易引起垢下腐蚀，处理不当便会有穿孔的危险。当压力增加时，此类问题管道很大可能会爆裂，给生产造成不可估量的严重后果； 1.2 阻垢研究现状1.2.1 阻垢方法及机理从国内外到目前为止的各种研究来看，主要在于通过以下几种途径来防垢：降低易成垢离子在溶液中的浓度；

13、阻止易成垢离子聚集，避免达到过饱和度后形成晶核，或者抑制已经成核的晶体的成长；预防易结垢物质在仪器设备的表面堆积过多形成垢层6。现如今国内外所有的阻垢方法大致分为化学法、物理法、微生物法以及工艺法这四类7，而油田方面用的最多的方法是采用化学阻垢剂进行阻垢作用，即化学法。化学法可以通过加入酸或者CO2来防止碱性垢产物的生成8，还可以利用各种化学试剂与成垢离子进行化学反应，主要是螯合作用，从而阻止结垢的产生，或者抑制结垢晶体的形成和成长并且分散已经成型的结晶8,9，其可以作用到产生垢产物过程的各个时期，对除垢部位并没有很严格的要求，因此现在己经发展成为世界上使用最多的一类阻垢技术10。主要的手段就

14、是通过添加合适的阻垢剂，其阻垢机理有以下几种1,11：（1） 增溶作用：与易成垢阳离子进行螯合或络合作用，形成可溶性化合物，使难溶盐的溶解度增加；（2） 分散作用：使垢产物电离为带负电的离子，吸附、分散结垢晶体，阻碍结垢晶体的沉淀行为；（3） 静电斥力作用：电离带负电，吸附带电荷的结垢晶体，利用静电斥力抑制结垢晶体的碰撞结合和生长；（4） 晶体畸变作用：让阻垢剂占据晶格生长的活性位点，阻碍干扰晶体的正常生长；（5） 去活化作用：利用阻垢剂的本身活性，使碱土金属失去活性，减少晶核数目；（6） 双电层作用：阻垢剂在扩散边界层内会形成双电层，阻碍成垢离子在金属表面的聚集；（7） 再生-自解脱膜：阻垢

15、剂与结垢产物结合后共同沉淀，形成可以破裂的膜，减少结垢产物，从而抑制垢层的形成。1.2.2 阻垢剂研究由于各油田的地层状况及生产条件的差别，所以用的阻垢剂也是种类繁多，现在世界上已知的阻垢剂能有几千种的庞大数量，大体分为聚合物和有机膦酸盐两大类，油田上则常用聚合膦酸盐和天然改性高分子阻垢剂。针对油田的生产条件和结垢类型，经过几十年的研究发展，自1930年以来，阻垢剂跨越了从无机物到有机物，从小分子到高分子聚合物的发展过程12。以前常用的主要是磷酸，在低于125度时阻垢效果较好，但它的缺点是无法与高盐、高钙的水相溶。现在世界上主要采用低分子聚合物型和有机膦酸型阻垢剂，美国常使用的阻垢剂有Nalco-8365，Nalco-3350，日本使用T-225，NW-25，NW-04，NW-12，国内常使用的阻垢剂主要有丙稀酸钠(PAAS)、水解聚马来酸酐(HPMA)、羟基乙叉二膦酸(HEDP)、乙二胺四甲叉膦酸钠(EDTMPS)、氨基三亚甲基膦酸(ATMP)等13。1990年发展起来的聚合物型阻垢剂，具有阻垢效果好、无毒、耐高温、对环境污染小等优点，兼具良好的缓蚀及其他性能，被广泛应用于高钙、高盐或高温地区。（1） 有机膦酸型阻垢剂 图1-1 有机膦酸型