油气井防垢剂SS—1的研制与评价

石玲 程欣伟 刘庆 吴会胜 李国华

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油气田在开发后期，需采取注水开发或排水找气等工艺措施，油气田产出流体中易含有Ca2+、Mg2+、Ba2+金属阳离子和 HCO3－、CO32－、SO42－阴离子，结垢离子相结合产生碳酸钙、硫酸钡、碳酸钡沉淀，造成气井结垢[1]，从而堵塞油气井产层和生产管柱，严重影响气井的正常生产，甚至使油气井停产、报废。

1 SS—1防垢剂的制备

1.1 试剂及仪器

选用的试剂主要有马来酸酐（MA）、丙烯酸（AA）、丙烯酸甲酯（MAC）、过硫酸铵、氢氧化钠、三氯化磷、乙酸、无水乙醇等试剂。

实验中用到的仪器主要有搅拌器、天平、量筒、烧杯、烧瓶、电炉、温度计、烘箱、粉碎机等。

1.2 防垢剂的合成

（1）羟基乙叉二膦酸合成。将计量好的水、冰醋酸加入反应釜中，启动搅拌器缓慢搅拌，直至搅拌均匀。在冷却条件下缓慢滴加三氯化磷水溶液，并将反应温度控制在60℃左右。反应副产物氯化氢气体经冷凝后送入吸收塔，回收盐酸。溢出的乙酰氯和醋酸经冷凝后回反应器。待滴完三氯化磷水溶液反应一段时间后，将反应温度升至120℃左右，在搅拌下回流反应4～5 h，回流过程中采用3～5℃的冷水进行回流冷却。然后开始降温，在降温过程加入一定量的乙醇，进行减压蒸馏，直至蒸汽温度下降至40℃，收集瓶内样品备用。

（2）MA—AA—MAC共聚物的合成。在烧瓶中，按照一定的比例加入马来酸酐和蒸馏水，在回流冷凝的条件下加热并缓慢搅拌，在马来酸酐完全溶解后，将温度升高至60℃，稳定一段时间后，向烧瓶中滴加引发剂丙烯酸和丙烯酸甲酯的混合液，控制滴加速度，滴加时间控制在1 h左右。待滴加完毕后，将温度升高至85℃，保温反应3 h，冷却可获得白色膏状物。在50℃左右加50%的NaOH调节pH值，使pH值为7左右，得到淡黄色透明粘稠液体，收集该液体备用[2]。

（3）MA—AA—MAC共聚物与羟基乙叉二膦酸最佳配制比例确定。MA—AA—MAC共聚物对气井产出液的硫酸盐抑制能力较强，羟基乙叉二膦酸对油气井产出液的碳酸钙垢抑制能力较强。为使防垢剂对碳酸盐、硫酸盐类都具有防垢的能力，将已合成好的MA—AA—MAC共聚物与羟基乙叉二膦酸HEDP按不同比例进行复配，确定出最佳的MA—AA—MAC共聚物与羟基乙叉二膦酸的复配比例为6∶4。通过对复配后形成的SS—1防垢剂进行防垢性能测试，防垢能力能达80%以上，表明复配后的SS—1防垢剂对油气井产出液具有良好的防垢性能。

2 SS—1防垢剂性能评价

2.1 防垢剂最佳使用浓度实验

为能使防垢剂能达到最佳的防垢效果，选取防垢剂在W2—5、Q3—1两口井进行评价。W 2—5井井底温度为86℃，矿化度为42 557mg/L；Q3—1井井底温度为80℃，矿化度为68 417mg/L，测定防垢剂在不同浓度条件下两口井水样中的防垢率，为防垢剂确定一个最佳的使用浓度。

用上述水样，根据我国石油天然气行业标准《油田用防垢剂性能评定方法（SY/T5673—93）》，为对防垢剂性能进行测定。在SS—1防垢剂药剂浓度为100、300、500、700和900mg/L，86℃条件下，分别对W2—5井水样和Q3—1井水样进行防垢率测定，结果如图1所示。

图1 不同浓度防垢剂在水样中的防垢率

由图1可知，防垢剂在W 2—5、Q3—1两口不同井区的水样中，当药剂浓度达到500mg/L时，防垢率都能达到85%以上。

2.2 防垢剂高温稳定性评价

防垢剂需具备在高温条件下不分解，防垢性能稳定的特点，为此对SS—1防垢剂的耐高温性能进行评价。防垢剂耐高温测试方法：取浓度为500 mg/L的防垢剂于高温、高压反应釜中，分别在70、80、90、110和120℃的高温条件下恒温24 h后取出，观察药剂状态。将恒温后的防垢剂按照《油田用防垢剂性能评定方法（SY/T5673—93）》，测试防垢剂在W3—17井水样中，高温条件下防垢剂的防垢率。

由测试结果可知：SS—1防垢剂在高温条件下（120℃条件下），药剂不分层、无沉淀产生，说明防垢剂在高温条件下有较好的稳定性；防垢剂在不同温度条件下测试的防垢率与室温条件下测试的防垢率基本一样，说明防垢剂在高温条件下的防垢性能很稳定。因此SS—1防垢剂在井底高温环境中能够达到较好的防垢效果。

2.3 抑盐分散剂优选与评价

由于油气田产出液的矿化度均较高，产出液中的氯离子含量也较高，在举升的过程中产出液的温度和压力均会下降，使得溶解盐由过饱和状态变为饱和状态，最后析出沉积在井筒上。盐的沉积为碳酸钙、硫酸盐的沉积提供了平台，增加了产出液中碳酸钙、硫酸盐垢的结垢趋势，从而影响药剂的防垢性能。

对比有机抑盐分散剂和无机抑盐分散剂的特点和油气田的储层特征，选用有机抑盐分散剂聚丙烯酰胺、聚羧酸盐、磺酸盐、氨基酸，将这几种物质加入SS—1防垢剂中，评价各抑盐分散剂增效作用。从测试数据可以看出：在防垢剂中加入不同的抑盐分散剂后对防垢剂的防垢能力影响较大。从测试数据还可以反映出，聚羧酸盐与前面合成的防垢剂有很好的协同性，能大大提高产品在油气田产出液中的防垢能力。

为确定聚羧酸盐抑盐分散剂的合理加量，通过加入不同量的聚羧酸盐测试产品的防垢性能，实验结果如图2所示。

图2 聚羧酸盐抑盐分散剂加入量对防垢性能的影响

实验结果表明，通过加入抑盐分散剂，防垢剂的防垢能力增强。随着聚羧酸盐抑盐分散剂加量的增加防垢率逐渐增加，当加入浓度为7%时，防垢率最好，达到90.56%；当浓度超过7%时，随加量的增加防垢率逐渐降低。因此确定聚羧酸盐抑盐分散剂最佳加入浓度为7%。

3 结论

（1）对碳酸钙垢抑制能力较强的羟基乙叉二膦酸（HEDP）和对硫酸盐抑制能力较强的MA—AA—MAC共聚物进行复配，最佳的复配比例为6∶4，复配后的药剂具有较好的防垢性能。

（2）当药剂浓度达到500mg/L时，防垢率能达到85%以上，防垢剂在高温条件下，不分层、无沉淀产生，具有较好的高温稳定性。

（3）防垢剂中加入聚羧酸盐抑盐分散剂能提高防垢能力，当加入浓度为7%时，防垢率最高，达到90.56%。

[1]戴彩丽，赵福麟，冯德成，等．涠洲12—1海上油田硫酸钡锶垢防垢剂研究[J]．油田化学，2005，22（2）：122-124.

[2]罗跃，张兴华，张煜，等．硫酸钡阻垢剂MA—AA—MAC共聚物的合成[J]．石油天然气学报，2005，27（4）：506-507.