固体缓释性阻垢剂的研制及其应用

王冬至，芦振国

（1.哈尔滨石油学院，黑龙江哈尔滨 150028；2.中石化胜利石油工程有限公司塔里木分公司，山东东营 257000）

随着三元复合驱技术（聚合物、NaOH、表面活性剂）的推广应用，井下结垢问题变得越来越突出[1]。结垢的原因是因为其中的碱和表面活性剂可以从地层中携带大量的钙、镁离子，从而使抽油泵、抽油杆以及油管形成结垢层，引起卡泵和油管的可流动液体截面积减小。频繁的检泵，不仅影响产能生产，而且还造成维修费用的巨大浪费。因此，解决井下结垢已经成为迫在眉睫的问题。本课题，针对大庆油田三元复合驱系统的结垢情况，研制出一种可以有效缓解抽油泵结垢的长效固体缓释性阻垢剂，以下简称HYM。

1 实验部分

1.1 固体载体的选择及改性

1.1.1 聚乙烯醇 聚乙烯醇（PVA）是一种可溶性高分子物质，种类很多，牌号各异。要选择的是溶解度要高，溶解速度要慢，而且还能与有机阻垢剂相溶[2]。根据PVA的溶解度与它的聚合度有关的原理，从多种不同牌号PVA 中，经过上百次实验选择了1788 作为可溶性固体载体。PVA1788 是一种水溶性高分子聚合物，外观呈白色。聚合度为1 700、醇解度为88 %。

1.1.2 多元醇对PVA 进行改性 多元醇就是分子中含有两个或两个以上羟基的醇类，常用的有乙二醇、丙二醇、丙三醇等。采用混合加热法可以将醇类中的羟基接枝到PVA 上，促使PVA 具有更好的亲水性，从而达到对PVA 改性的目的。

1.2 有效阻垢成分的选择

表1 各种有机阻垢剂与PVA 相溶性

1.3 固体缓释性阻垢剂配方的确定

通过多次实验确定固体缓释性阻垢剂的配方（见表2）。

表2 固体缓释性阻垢剂的配方

配制成的固体缓释性阻垢剂呈黑色固体状，能完全溶于水，溶解速度与水的温度、流速以及与水的接触表面积等因素有关[4]。固体缓释性阻垢剂溶于水的过程（见图1～图3）。

图1 固体缓释性阻垢剂在水中开始溶解

图2 固体缓释性阻垢剂溶解过程

图3 固体缓释性阻垢剂完全溶于水

2 固体缓释性阻垢剂的性能评价

2.1 降低三元采出液的硬度

加入阻垢剂后的三元采出液总硬度为0.05 mmol/L，未加入阻垢剂的三元采出液总硬度为1.168 mmol/L，总硬度降低95.6 %，证明三元采出液已被软化。

2.2 阻垢率的评价

采用自制室内模拟实验装置，用挂片对比分析法测定加入阻垢药剂前后水的结垢速率，实验装置（见图4）。

图4 评价阻垢率的模拟实验装置

污水的结垢速率通过以下两个公式计算：

式中：D-试片单位面积上结垢的质量（mg/cm2）；M-标准试片增重（mg）；S-标准试片表面积（cm2）；T-结垢时间；V-结垢速度（mg/a）。

挂片在未加HYM 的采出液中循环15 d，其数据（见表3）。

由表3 数据可知，六个挂片单位面积上的平均结垢速率为36.270 8 mg/a。

挂片在加入HYM 的采出液中循环15 d，其数据（见表4）。

由表4 数据可得出单位面积上的平均结垢速率为6.045 mg/a，阻垢效率达84 %。实验结果表明固体缓释性阻垢剂在三元采出液中是逐渐溶解的，具有很好的缓蚀阻垢效果。

2.3 试片表面形貌的对比与分析

2.3.1 试片表面形貌观察对比 将试片浸泡在加入与不加入HYM 的采出液中外观形貌的对比（见图5、图6）。浸泡时间10 d，温度为70 ℃。

2.3.2 扫描电镜分析 浸泡在加入与未加入HYM 的采出液中的试片表面的扫描电镜照片（见图7、图8），左边是未加入HYM 的图片。

表3 挂片在未加HYM 的采出液中循环15 d 的数据

表4 挂片在加入HYM 的采出液中循环15 d 的数据

图5 试片浸泡在加入与不加入HYM 的采出液中外观形貌的对比

图6 试片浸泡在加入与不加入HYM 的采出液中外观形貌的对比

图7 试片浸泡在加入与未加入HYM 的采出液中扫描电镜的图片对比

图8 试片浸泡在加入与未加入HYM 的采出液中扫描电镜的图片对比

从外貌观察和扫描电镜的对比照片中可以明显看出HYM 的阻垢缓蚀效果。

3 固体缓释性阻垢剂的应用

（1）三元复合驱油井井下部分防垢、阻垢处理，把一个检泵周期内能够溶解的HYM 放在抽油泵下端的筛管中，当采出液流过时，HYM 缓慢溶解。将阻垢剂的有效成分释放出来。可以阻止和缓解抽油泵、抽油杆和油管表面的结垢[5]。

（2）用于油田污水系统的水软化、阻垢、防垢处理。

（3）用于中、小型采暖锅炉水循环系统的防垢、阻垢处理。

4 结论

（1）PVA1788 具有较好的水溶性，经多元醇改性，并与有机阻垢剂相溶后可以缓慢的完全溶于水中。对环境和设备不会造成危害，作为本课题中所要求的载体最为合适。

（2）EDTMPS 与PVA1788 有较好的相溶性，并具有很好的溶限效应，只要加入很少的药剂，就能螯合几千甚至几万倍钙、镁离子。而腐植酸钾对垢体具有较好的分散作用，二者复配能起到双重阻垢作用。

（3）多元醇（丙三醇或丙二醇），含有两个或两个以上的羟基（-OH），具有很好的亲水性，让多元醇中的羟基接枝到聚乙烯醇上，使聚乙烯醇中羟基增多，这样就达到了增大溶解度的目的。

（4）实验证明，HYM 具有良好的缓释性防垢阻垢的效果。特别适用于三元复合驱油井井下部分的防垢阻垢处理。

［1］ 万德立，朱殿瑞，董家梅.石油管道、储罐的腐蚀及其防护技术（第1 版）［M］.北京：石油工业出版社，2000.

［2］ 崔更生译.工业水处理原理（第1 版）［M］.北京：石油工业出版社，1984：59-79.

［3］ 陈复.水处理技术及药剂大全（第1 版）［M］.北京：中国石化出版社，2000：92-125.

［4］ 祁鲁梁，李永存，杨小莉.水处理药剂及材料实用手册（第1版）［M］.北京：中国石化出版社，2000：405-415.

［5］ 董文瑞，徐景升.油田设备腐蚀与防护（第1 版）［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1993：45-50.