第２１卷第５期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀重庆科技学院学报(自然科学版)２０１９年１０月
毛源㊀唐存知
(中国石化胜利油田分公司河口采油厂ꎬ山东东营２５７２００)
收稿日期:２０１９－０３－２６
基金项目：国家自然科学基金项目 纳米粒子与表面活性剂的协同效应对提高原油采收率的影响 (５１４７４２３４)作者简介：毛源(１９６９ )ꎬ男ꎬ高级工程师ꎬ研究方向为油田化学ꎮ
摘㊀要：油田采用化学方法除垢时ꎬ要注意避免除垢剂腐蚀采油设备ꎬ防止清洗残液污染环境ꎮ实验测试了超分子缓蚀除垢剂的性能ꎮ结果表明：质量浓度为１０％~１５％的超分子除垢剂溶液ꎬ对油田结垢的溶解率在９０％以上ꎬ尤其对碳酸盐垢有良好的溶解效果ꎻ质量浓度为１５％的超分子除垢剂溶液ꎬ对碳酸盐垢样和硅酸盐垢样的阻垢率都在 ９０％以上ꎻ超分子除垢剂的腐蚀速率也较低ꎮ使用超分子除垢剂除垢时ꎬ应注意根据油田的结垢类型选择配制除垢液浓度ꎮ
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关键词：油田清垢ꎻ超分子除垢剂ꎻ性能测试ꎻ实验中图分类号:ＴＥ３５８
文献标识码:Ａ
低通滤波器应用实例文章编号:１６７３－１９８０(２０１９)０５－００３９－０３
㊀㊀油田开发进入高含水期后ꎬ注入系统㊁采出系统和地面集输系统都容易产生结垢的问题ꎮ油田注入系统的结垢成分一般主要为非水溶性的碳酸盐ꎬ它们附着于泵阀㊁静混器及注水管网表面ꎬ使得注入压力升高㊁能耗增大ꎻ采出系统的结垢成分一般主要是碳酸盐和硅酸盐混合物ꎬ严重的结垢会导致卡泵㊁杆断等现象ꎬ造成检泵周期缩短ꎬ影响机采井正常生产ꎮ
除垢方法包括物理法和化学法ꎮ化学法除垢主要是利用化学药剂溶解㊁清洗管线内沉积的水垢㊁油污㊁腐蚀产物等垢质[１－２]ꎮ使用化学法除垢ꎬ施工相对方便ꎬ停工时间短ꎬ费用较低ꎬ但可能造成腐蚀管线设备㊁污染空气环境等问题ꎮ物理除垢方法有高强声激波除垢㊁磁场除垢㊁电场除垢㊁高压水射流清洗等[３]ꎮ使用物理法除垢不会腐蚀设备㊁污染环境ꎬ但施工量较大㊁费用较高ꎬ其适用范围也相对较小ꎬ对地下采油管线等设备中的结垢无能为力[４]ꎮ比较
无压锅炉而言ꎬ油田除垢应当以化学法为主ꎬ而使用环保型除垢剂将成为油田除垢技术的主要发展方向ꎮ１㊀超分子缓蚀除垢剂的技术原理
超分子缓蚀除垢剂是用于油田井下㊁集输系统除垢工程的高级化学清洗除垢剂ꎮ它是通过分子的选择性组装作用形成超分子微粒ꎬ超分子微粒的外层空电子轨道部分借给金属的自由电子活动ꎬ超分
子药剂分子就和金属形成稳定的超分子结构ꎬ在金属表面组成稳定的超分子膜(如图１所示)ꎮ在超分子膜组装形成的同时ꎬ由于药剂分子在水里的布朗运动和振动作用ꎬ金属表面的各种锈垢㊁结晶垢㊁油垢㊁泥垢等污垢分散溶解到溶液中ꎮ同时ꎬ形成的稳定㊁致密的单分子膜层ꎬ由于其微观结构的尺寸效应ꎬ又能够有效阻止污垢附着ꎮ因此ꎬ超分子缓蚀除垢剂具有清洗污垢和防腐防垢的双重作用ꎮ我们通过室内实验ꎬ测试了超分子缓蚀除垢剂的清污防垢性能ꎮ
２㊀实验方案
以胜利油田河口采油厂１０１号注水站提供的垢样为试验对象ꎮ这种垢样是化学驱采油过程中加入的表面活性剂和增黏物的聚合产物ꎬ采用常规的酸洗和碱洗化学清洗方法难以彻底清除ꎮ２.１㊀溶垢率测试
选择两种垢样进行成分质量分析ꎬ结果如表１所示ꎮ１号垢样为碳酸盐和硅酸盐混合垢ꎬ２号垢样的成分以硅酸盐为主ꎮ
在实验室配制超分子缓蚀除垢剂溶液ꎬ其中除垢剂的质量分数(即溶液浓度)为１０％~１５％ꎮ每种垢样称取１００ｇꎬ放置于１０５ħ的烘箱中ꎬ
８ｈ后取出ꎬ置于干燥器内冷却至室温ꎬ然后称重(标记Ｗ１)ꎮ在２个烧杯内各放５００ｍＬ配制好的除
９３
垢剂溶液ꎬ置于恒温水浴箱内ꎬ待温度达到４５ħꎮ然后ꎬ将干燥好的垢样放入烧杯溶液中浸泡ꎮ浸泡
２４ｈ后ꎬ过滤残留物ꎮ最后将残留物置于１０５ħ烘箱中ꎬ８ｈ后取出ꎬ置于干燥器内冷却至室温ꎬ称重(标记Ｗ２)ꎬ并计算溶垢率ꎮ溶垢率＝(Ｗ１－Ｗ２)ːＷ１ˑ１００％
ꎮ
图１㊀超分子缓蚀除垢剂除垢膜化过程示意
表１㊀垢样成分
单位:％
垢样编号
有机质含量碳酸盐含量硅酸盐含量
其他成分１１２.０４２.０３４.０１２.０２
６.０
１.０
７３.０
２０.０
２.２㊀腐蚀速率测试
采用挂片矢量法ꎬ测试除垢剂溶液在常压静态下的腐蚀速率ꎮ将标准Ｎ８０钢级试片用脱脂棉擦净ꎬ用无水乙醇清洗ꎬ用冷风吹干ꎬ放入干燥器内ꎬ
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２０ｍｉｎ后取出称重(精确至０.０００１ｇ)ꎮ根据试片表面积ꎬ按２０ｃｍ３∕ｃｍ２的用量ꎬ量取配制好的除垢剂溶液倒入反应容器ꎬ再将反应容器放入恒温水浴箱升温至９０ħꎮ将称量好的试片单片吊挂ꎬ３片一组ꎬ分别放入９０ħ的除垢剂溶液中ꎬ静态浸泡４ｈꎮ然后取出试片ꎬ观察腐蚀状况ꎬ同时用水冲洗和软毛刷刷洗ꎬ再用无水乙醇清洗ꎬ用冷风吹干ꎬ放入干燥器内ꎬ２０ｍｉｎ后取出称重ꎬ并计算平均腐蚀速率ꎮ３㊀实验结果与分析
３.１㊀除垢性能评价
风琴式导轨防护罩溶垢率测试结果显示ꎬ超分子缓蚀除垢剂对两种垢样都有较强的溶蚀作用ꎮ其中ꎬ对１号垢样的溶垢率为９５.１％ꎬ对２号垢样的溶垢率为９０.２％ꎮ在实验过程中看到ꎬ浸泡２ｈ后垢团就明显分散开ꎬ无黏性ꎬ体积明显变小ꎬ除垢剂溶液的颜变为淡黄ꎻ浸泡１６ｈ后ꎬ垢团基本溶解ꎬ只有少量沉淀未溶物在底部沉积ꎮ比较而言ꎬ超分子缓蚀除垢剂对碳酸盐垢的溶蚀速率更高ꎬ且明显优于目前现场使用的络合型化学除垢剂ꎮ
另外ꎬ对两种类型的垢样进行了室内动态模拟试验ꎬ测试超分子缓蚀除垢剂的阻垢性能ꎮ将垢样放入不同质量浓度的超分子缓蚀除垢剂溶液中ꎬ在
４５ħ下恒温浸泡２４ｈꎮ测试结果表明ꎬ在溶液浓度为１０％时ꎬ对碳酸盐垢的阻垢率为８５.９％ꎬ对硅酸盐垢的阻垢率为７２.０％ꎻ在溶液浓度为１５％时ꎬ对两种垢样的阻垢率均在９０％以上ꎮ３.２㊀腐蚀性评价
腐蚀速率测试实验结果(见表２)显示ꎬ随着除
垢剂浓度的升高ꎬ腐蚀速率由０.００８９ｇ∕(ｍ２ ｈ)上升至０.０１４５ｇ∕(ｍ２ ｈ)ꎬ但都远远小于常规酸洗标准限制的腐蚀速率(即４ｈ腐蚀速率ɤ５ｇ∕(ｍ２ ｈ))ꎮ
由此可见ꎬ超分子缓蚀除垢剂的腐蚀性较弱ꎬ能够满足油田除垢环保㊁低腐蚀㊁不返排的应用要求ꎮ
表２㊀腐蚀速率测试结果(９０ħ)
除垢剂溶液浓度∕％
平均腐蚀速率∕(ｇ ｍ－２ ｈ－１)
６０.００８９８０.０１０３１２０.０１３７１５０.０１４１１８
０.０１４５
０４
４㊀结㊀语
油田高含水期各系统的结垢ꎬ主要成分是碳酸盐及碳酸盐与硅酸盐的混合物ꎬ适合采用化学除垢方法ꎮ采用化学除垢方法时要注意除垢剂的腐蚀性ꎬ避免除垢剂腐蚀采油管线等设备ꎬ防止清洗残液污染环境ꎮ
实验测试了超分子缓蚀除垢剂的性能ꎮ结果表明：质量浓度为１０％~１５％的超分子缓蚀除垢剂溶液ꎬ对油田结垢的溶解率在９０％以上ꎬ尤其是对碳酸盐垢具有良好的溶解效果ꎻ质量浓度为１５％的超分子缓蚀除垢剂溶液ꎬ对碳酸盐垢和硅酸盐垢的阻垢率都在９０％以上ꎻ超分子缓蚀除垢剂的腐蚀速率也较低ꎬ药剂溶液浓度为１５％时ꎬ其腐蚀速率仅为０.０１４１ｇ∕(ｍ２ ｈ)ꎮ超分子缓蚀除垢剂具有良好的除垢㊁防垢和环保性能ꎬ在用于油田除垢时应注意根据结垢类型选择配制除垢液浓度ꎬ从而更好地实现除垢㊁防垢和环保的目的ꎮ
参考文献
五羟基己醛
[１]巨全义ꎬ武平仓ꎬ罗春勋.油田设备盐垢的化学清除[Ｊ].化学清洗ꎬ１９９７ꎬ１３(２):７－１２.
[２]胡成亮ꎬ葛红江ꎬ熊英ꎬ等.ＤＧＣ－１除垢剂的研制[Ｊ].
油气田地面工程ꎬ２００４ꎬ２３(１０):５１－５２.
[３]刘敬平ꎬ刘炜ꎬ沈愉ꎬ等.硫酸锶垢除垢剂的影响因素研究[Ｊ].石油化工腐蚀与防护ꎬ２０１２ꎬ２９(２):１９－２１. [４]马广彦.油田难溶垢化学处理技术[Ｊ].钻采工艺ꎬ２０００ꎬ２３(５):６２－６６.
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＴｅｓｔｏｎｔｈｅＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＳｕｐｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ
ＤｅｔｅｒｇｅｎｔｉｎＯｉｌｆｉｅｌｄＳｃａｌｅＲｅｍｏｖａｌ
ＭＡＯＹｕａｎ㊀ＴＡＮＧＣｕｎｚｈｉ
(ＨｅｋｏｕＯｉｌＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＦａｃｔｏｒｙꎬＳｈｅｎｇｌｉＯｉｌｆｉｅｌｄＣｏｍｐａｎｙｏｆＳＩＮＯＰＥＣꎬＤｏｎｇｙｉｎｇＳｈａｎｄｏｎｇ２５７２００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｗｈｅｎｒｅｍｏｖｉｎｇｓｃａｌｅｂｙｃｈｅｍｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｉｎｏｉｌｆｉｅｌｄꎬａｔｔｅｎｔｉｏｎｓｈｏｕｌｄｂｅｐａｉｄｔｏａｖｏｉｄｉｎｇｃｏｒｒｏｓｉｏｎｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｂｙｓｃａｌｅｒｅｍｏｖｅｒａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎｂｙｃｌｅａｎｉｎｇｒｅｓｉｄｕｅ.Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅꎬｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｕｐｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒｃｏｒ
ｒｏｓｉｏｎａｎｄｓｃａｌｅｉｎｈｉｂｉｔｏｒｉｓｔｅｓｔｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ.Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｓｕｐｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｃａｌｅｒｅｍｏｖｅｒｓｏｌｕｔｉｏｎｗｉｔｈｍａｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆ１０％－１５％ｈａｓｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｏｖｅｒ９０％ｆｏｒｏｉｌｆｉｅｌｄｓｃａｌｉｎｇꎬｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｆｏｒｃａｒｂｏｎａｔｅｓｃａｌｉｎｇ.Ｓｕｐｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｃａｌｅｒｅｍｏｖｅｒｓｏｌｕｔｉｏｎｗｉｔｈｍａｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆ１５％ｈａｓｔｈｅｓｃａｌｅｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｍｏｒｅｔｈａｎ９０％ｆｏｒｃａｒｂｏｎａｔｅｓｃａｌｅｓａｍｐｌｅａｎｄｓｉｌｉｃａｔｅｓｃａｌｅｓａｍｐｌｅ.Ｔｈｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒａｔｅｏｆｓｕｐｅｒｍｏｌｅｃｕｌａｒｄｅｔｅｒｇｅｎｔｉｓａｌｓｏｌｏｗ.Ｗｈｅｎｕｓｉｎｇｓｕｐｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｃａｌｅｒｅｍｏｖｅｒｔｏｒｅｍｏｖｅｓｃａｌｅꎬａｔｔｅｎｔｉｏｎｓｈｏｕｌｄｂｅｐａｉｄｔｏｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｓｃａｌｅｒｅｍｏｖａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｓｃａｌｅｔｙｐｅｓｉｎｏｉｌｆｉｅｌｄｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｃａｌｅｃｌｅａｎｉｎｇｉｎｏｉｌｆｉｅｌｄꎻｓｕｐｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｃａｌｅｒｅｍｏｖｅｒꎻｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔｉｎｇꎻｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
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