采油系统中固体缓释性阻垢剂实验研究
2019-07-29林柏松
林柏松
（大庆油田创业金属防腐有限公司，黑龙江 大庆 163000）
1 实验
1.1 固体载体的选择及改性
（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。我们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容的PVA。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1700、醇解度为88%。
（2）多元醇。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
阻垢剂可分为无机阻垢剂和有机阻垢剂，有机阻垢剂的种类很多，常见的有EDTMPS、HEDP、ATMP、水解聚马来酸酐、腐植酸钾等。但是，必须选择与PVA1788相容性好的有机阻垢剂。通过多次实验对比，选择EDTMPS和腐植酸钾作为有机阻垢剂。从EDTMPS分子式上看，EDTMPS是含有氮的机多元膦酸，属阴极型阻垢剂，与无机聚磷酸盐相比，其阻垢率提高3～5倍。能与水混溶，无毒无污染，化学稳定性及耐温性好，在200℃下仍有良好的阻垢效果。EDTMPS在水溶液中能离解成8个正负离子，因此，可以与多个金属离子螯合，形成多个单体结构大分子网状络合物，松散地分散于水中，使垢体正常结晶晶格被破坏而起到阻垢作用。实践表明，EDTMPS对钙、镁垢、硅酸盐垢都有很好的阻垢效果。腐植酸钾则对于垢体有很好的螯合及分散作用。
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如下：PVA1788药品5g、EDTMPS有机阻垢剂1ml、多元醇改性剂0.2ml、腐植酸钾1g、适量的水。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。图1记录了固体缓释性阻垢剂溶于水的过程，a）阻垢剂放人水中刚开始溶解，b）在溶解过程中，c）为完全溶于水。
图1
2 性能评价
2.1 可降低三元采出液的硬度
加入阻垢剂后的三元采出液的总硬度为0.05mmol/L，未加入阻垢剂的三元采出液的总硬度为1.168mmol/L，总硬度降低95.6%。三元采出液已被软化。
2.2 阻垢率分析
采用自制模拟实验装置，用挂片对比分析法测定加入阻垢药剂前后水的结垢速率。实验装置如图2所示：污水的结垢速率通过以下两个公式计算：D=M/S V=D/T 式中：D—试片单位面积上的所结污垢质量(mg/cm2)，M—标准试片增重(mg)，S—标准试片表面积，T—结垢时间，V—结垢速度(mg/年)，见表1。
通过计算，六个挂片单位面积上的平均结垢速度为36.2708mg/年，见表2。
通过计算，得出单位面积上的平均结垢速度为6.045mg/年，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
（1）试片表面形貌观察对比。图3、4分别为试片在未加入HYM和加入HYM的三元采出液中循环15天的表面形貌。其差别之大显而易见。
表1 挂片在未加HYM的采出液中循环15天的增重情况
表2 挂片在加入HYM的采出液中循环15天的增重情况
（2）扫描电镜分析。图5是试片在未加入HYM和加入HYM的三元采出液中循环15天的扫描电镜分析照片。
图 2
图 3
图 4
图5 试片在未加入HYM和加入HYM的三元采出液中循环15天的扫描电镜分析照片
从扫描电镜的对比照片中，可以明显看出HYM的阻垢效果。
3 应用
图6为固体缓释性阻垢剂在三元复合驱油井中的应用示意图。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，当三元采出液流过时，HYM缓慢溶解，将阻垢剂的有效成分释放出来。这样就可以阻止和缓解抽油泵、抽油杆和油管表面的结垢。
图6 固体缓释性阻垢剂在三元复合驱油井中的应用示意图
4 结语
（1）PVA1788具有较好的水溶性，并与有机阻垢剂EDTMPS具有很好的相容性，本课题中所要求的载体最为合适。
（2）EDTMPS是一种高效有机阻垢剂，只要加入很少的药剂，就能螯合它几千甚至几万倍的钙、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，使聚乙烯醇中羟基数量增多，这样就达到了增大溶解度的目的。
（4）实验证明，HYM具有优良的缓释性防垢阻垢的效果，可使三元采出液的总硬度由1.168mmol/L降至0.05mmol/L；阻垢率达到84%。
