油田结垢及阻垢剂研究进展

刘志超，刘云铎，刘博文，马德勇，徐明月，甄志伟

(东北石油大学化学化工学院，黑龙江　大庆　163318)



油田结垢及阻垢剂研究进展

刘志超，刘云铎，刘博文，马德勇，徐明月，甄志伟

(东北石油大学化学化工学院，黑龙江大庆163318)

在地下原油开采中，地层水中溶解了许多可能导致结垢的阴离子和阳离子，在采油过程中，pH值、温度、地层压力的变化导致地下水原有的化学平衡遭到了破坏，结果是析出结晶沉淀，导致垢的形成，严重影响了原油产量和采油厂的生产效益。本文对油田结垢的产生原因、影响因素，结垢种类及结垢机理进行了简要综述。此外，介绍了油田阻垢剂的发展和阻垢剂的类型。

油田；结垢；阻垢剂

因为硫酸钙、碳酸钙、铁化合物、硫酸钡、硫酸锶等种类垢的产生，可能使抽油机、机采井受到阻塞而无法正常运转，使正常的油田开采根本无法进行，在阻塞严重的时候会发生间断性的停产甚至发生爆炸事故。当前，在很多油田，钙垢、硅垢的产生引起了很多科研工作者的重视，如何预防结垢、清除钙垢、硅垢对油田生产的阻碍成为研究的重要内容[2]。

1　油田结垢概况

1.1油田结垢原因及影响因素

1.1.1油田结垢原因

结垢是油田水质控制中遇到最严重的问题之一，所谓垢是在一定条件下从水中析出的物质，通常是溶度积很小的无机盐。结垢可能发生在油田用水系统的任何位置，油井因为钙垢、硅垢的产生，可能使抽油机、机采井受到阻塞而发生漏失、卡泵或井管磨损、腐蚀而无法完成正常的功能，正常的油田开采根本无法进行，在阻塞严重的时候会发生间断性的停产甚至发生爆炸事故[3]。在地层水的成分、岩石的组成成分发生变化，达到油田回注水利于钙垢、硅垢形成条件时，钙垢、硅垢就有可能在地层中有微晶析出，经过一系列的化学反应，最后导致地层中钙垢、硅垢的产生。形成的钙垢、硅垢会使地层的孔隙变小甚至堵塞，导致地层吸水指数变小，提高了油田注水井的注入压力，降低了油井的注入量，最后导致油气总量下降，降低了地层压力和注水井的正常吸水能力，降低了油田开采量，影响了油田的高产稳产的效果[4]。

1.1.2油田结垢影响因素

注入水中存在着悬浮固体和多种成垢离子[7]，随着注入时间地层溶液发生变化，成垢离子间相互结合形成非水溶性的碳酸盐，一般情况是少量碳酸盐核心在管道表面形成、附着(主要是水中的悬浮物、油滴和固体颗粒反应成核心)，体系中成垢离子浓度达到一定程度时，不再形成垢物质沉淀，体系逐渐进入平衡状态，但是体系最终会达到成垢离子的极限平衡[8]。这个极限平衡与体系的温度、离子组成、热力学等条件有关，并遵从基本的化学原理。在注入系统中的碱储罐、碱的输送泵、静混器、二元流量计、注入管线、注入泵阀体等部位堆积成垢[9]。

1.2油田结垢类型及结垢机理

1.2.1油田结垢类型

油田现场最常见的垢主要有硫酸盐垢、碳酸盐垢和硅酸盐垢[10]，油田主要垢的种类化学式和影响因素如表1所示。

表1　油田常见垢的种类、化学式和主要影响因素Table 1　Types, chemical formula and main influencing factors of common scale in oil field

油田垢的种类繁多，硫酸盐垢和碳酸盐垢在油田最为常见，通常情况水垢组成并不单一，而是以某一种垢为主的混合垢的情况居多[11]。

1.2.2油田结垢机理

结垢机理一般可用图1的a、b、c、d四步表示。

图1　垢的形成机理Fig.1　Formation mechanism of scale

通过研究结垢机理和预测方法等，国内外专家学者得到了一系列有效、有针对性的结垢预测技术，如表2所示。

表2　结垢预测技术Table 2　Scaling prediction technique

2　阻垢剂研究进展

目前，油田阻垢剂的种类按照成分划分为无机物和有机聚合物，按是否环保分为含磷阻垢剂和无磷环境友好型阻垢剂，阻垢剂的主要发展概况如表3所示。

表3　阻垢剂发展概况Table 3　Development of scale inhibitor

油田所用的阻垢剂多为聚合物阻垢剂，根据聚合物阻垢剂成份，分为天然与合成聚合物阻垢剂两类。

3　结　语

注入水中存在着悬浮固体和多种成垢离子，垢的类型主要有碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、硫酸锶、铁化合物等，阻垢剂的阻垢机理包括反应+络合(鳌合)机理、晶格畸变机理、静电排斥机理和分散作用等四种。目前，无磷非氮阻垢剂的研究已成为国内外研究的趋势，PASP和PESA就是环保型无磷非氮阻垢剂的代表。

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Research Progress on Scaling and Scale Inhibitors for Oil Field

LIUZhi-chao,LIUYun-duo,LIUBo-wen,MADe-yong,XUMing-yue,ZHENZhi-wei

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Northeast Petroleum University,Heilongjiang Daqing 163318, China)

In the process of oil production, the formation water contains a certain concentration ions, because of the formation pressure, temperature, pH, water content and other factors, the change of the original chemical equilibrium of the reservoir. The solubility of the formation decreases, the precipitation of the precipitation would be seriously affected. The cause of formation of oil field, the influence factors, the type of fouling and fouling mechanism were briefly reviewed. In addition, the development of scale inhibitors and types of scale inhibitors was introduced.

oil field; scaling; scale inhibitors

TE99

A

1001-9677(2016)08-0033-03