化学防垢法的分析与探索

摘 要：在油田开发过程中，经常会出现结垢问题，不但影响了油田企业的正常生产，而且会给其带来一定的经济损失。因此，必须采取相应的措施和技术方法，减少结垢的概率，防止垢物的进一步扩大，为油田企业的正常生产奠定一定的基础。本文主要对化学防垢法进行了分析和总结，首先对化学防垢法进行了简要叙述，然后对化学防垢法的作用机理进行了系统的分析与研究，最后总结了目前常用的化学防垢剂的类型，希望本文的分析与探索可以给油田化学方面的从业者提供一定的启示。

关键词：防垢;油田;聚合物;化学药剂

0 引言

在油田开发过程中，通常会往油层中注入水、气以及化学药剂，以此来给油层补充能量或者改善地下储层的性能，从而提高原油的产量。我国大部分的油田主要采用注水的方式来提高原油的产量，同时也加入一定量的化学药剂[1]。但是，这种开采方式会出现很多问题，尤其是结垢问题。结垢会堵塞油气的运输通道，不但会减小储层的渗透率，而且会影响仪器设备的使用寿命，严重影响了油田的正常生产，会给油田企业带来巨大的经济损失[1，2]。因此，相关从业者应该根据油田的实际情况，对结垢的机理进行深入分析和研究，研发出高效廉价的除垢防垢技术。在各种防垢技术中，化学防垢是主要的技术之一，本文主要对化学防垢法进行了分析和总结。

1 化学防垢法简介

化学防垢法是在油田开发过程中，通过加入化学药剂以达到防垢的目的。如果结垢的主要物质是碳酸盐，这时工作人员就可以通过加酸进行防垢。特别是在采取碱驱之后，储层的pH值非常高，进而会产生很多的氢氧化物碱性垢，通过加酸或CO2就能够减小pH值并且可以防止碱性垢的形成，但是加酸防垢会产生环境问题，而且还会影响油田水pH值的测定精度和加酸量的确定。一旦加过量的酸，极有可能会腐蚀管道设备，虽然加CO2不会存在酸化过度的风险，但是在高温的环境中，过量的CO2会有利于碳酸盐垢的形成。其次，如果环境中存在钡垢、锶垢，由于钡垢、锶垢比较难以溶于酸，加酸或酸性气体也很难有明显的防垢效果，因此，通常会使用化学防垢法。

2 化学防垢法的作用机理

关于化学防垢法的作用机理，主要分为4种：

2.1 螯合增溶作用

这种作用是指化学药剂分子中的基团可以将溶液中游离的金属离子进行相应的螯合以及吸附，阻止了成垢离子之间的相互接触，进而成为螯合物，这种化学物质比较特别，它的化学结构中具有一些多元环，进而使其具有比较稳定的性质，最终比较稳定地存在于溶液中。化学药剂中相当大一部分都是通过螯合增溶作用来分散成相离子，进而可以达到防垢的目的。

2.2 分散作用

化学药剂中的一些大分子聚合物通常会具有一定的分散作用，这些聚合物进入水溶液之后会出现解离，分离之后的大分子会吸附在颗粒的表面，进而可以将成垢晶粒进行包裹，不但改变了成垢晶粒的表面电性，而且也增强了它们之间的静电斥力，起到了分散成垢晶粒的作用，從而避免了结垢。

2.3 晶格畸变作用

相关研究结果表明，化学药剂会引发晶格的畸变，在晶体形成的过程中，这些物质会被吸附到微小晶格的点阵之中，破坏晶体结构，干扰晶体的正常生长，并且还会减弱其性能，使其变得非常不稳定，最终防止其形成垢物。即便结垢，这种垢物也是非常松软，借助外力的作用比较容易去除。与此同时，化学药剂还能够吸附在一些管线和仪器的内表面上，相当于一个吸附层，同样起到了防垢的作用。

2.4 协同效应

这种效应是指部分化学药剂在单独使用时，防垢的效果较差，但是与其他化学药剂复配使用之后，在相同的剂量条件下，复配的化学药剂的防垢效果明显增强。但是，不同化学药剂的复配比例与投药浓度，需要通过大量实验确定。协同效应使防垢剂性能得到提升，并且减少了投药量，节约了成本，因此，对几种不同类型的防垢剂进行复配研究是很有必要的[2-4]。

3 化学药剂的类型

近些年以来，化学防垢法的化学药剂研发一直在蓬勃发展中，化学药剂的类型很多，目前比较常用的化学药剂有4种：①环境友好型防垢剂;②聚合物类防垢剂;③天然型防垢剂;④含磷类防垢剂[2，3]。

3.1 环境友好型防垢剂

虽然聚合物防垢剂的效果较好，但是大部分的防垢剂都不能进行生物降解。20世纪90年代，研究人员就开始了环保型防垢剂的研究，这种防垢剂具有十分显著的特点：①不污染环境;②可进行生物降解，并且还可以与其他防垢剂一起复配使用，以后的发展方向是不断研发新品种并且改善防垢性能和减少成本。环境友好型防垢剂主要有2种：①聚天冬氨酸;②聚环氧琥珀酸。

3.2 聚合物类防垢剂

这种防垢剂可以将很多的功能基团都集聚在一个单体上，使其可以充分发挥各种官能团的优势，其作用机理主要有2种：①螯合分散;②晶格畸变。经过多年的发展，聚合物防垢剂从最早的单体聚合逐渐发展到二元、三元聚合，直到现今的多元共聚，使得这种化学药剂的可能性和可选性逐渐增多，以后的发展方向是不断研发新的官能团和聚合方式，使其功能更加完善和丰富，防垢的性能更加优越。根据聚合方式，这种防垢剂能够划分为2种类型：①均聚物防垢剂;②共聚物防垢剂。其次，按照制备方式以及基团组合，研究人员可以获得更多类型的防垢剂。

3.3 天然型防垢剂

天然型防垢剂是一种可以从自然界中进行收集，并且没有进行化学加工的防垢剂。这种防垢剂的分子结构中一般会含有非常多的羟基、羧基等官能团，这些官能团具有一定的防垢性能，并且部分天然防垢剂还可以抑制垢晶体的生长。在20世纪初期，由于防垢剂种类还非常单一，其他类型的防垢剂发展缓慢，使得天然防垢剂的应用比较广泛，但是，这种防垢剂在高温条件下，稳定性较差，含有比较多的杂质，所需的剂量大而且效果也不是非常好。目前，天然型防垢剂的使用较少，但是这种防垢剂还具有环境污染小、可生物降解等优点，相信在不久的将来，随着科技的不断发展，不同领域之间的合作研究或许可以研发出一些更加高效先进的新型天然防垢剂。

3.4 含磷类防垢剂

在各种化学药剂中，含磷防垢剂所占比重比较大，这是由于膦酸基团对于溶液中存在的一些金属离子具有非常好的分散螯合作用，而且在一定程度上可以抑制晶体的生长以及诱使晶格发生畸变。这种防垢剂具有良好的防垢性能，而且成本较低，特别对无机钙垢具有非常好的防垢效果。目前，含磷类防垢剂是市场上应用范围最为广泛的化学药剂之一，主要分为3大类：①无机磷酸盐防垢剂;②有机膦酸防垢剂;③含膦聚合物防垢剂。含磷类防垢剂未来会朝着低磷及稳定的含膦聚合物防垢剂的方向发展。

4 结语

总而言之，化学防垢法的成本低，防垢效果好，但是化学药剂的种类多，作用的机理也十分复杂，各种防垢剂都有其相应的缺点，比如部分防垢剂的性能不是十分稳定，而且在一定程度上会破坏生态环境，造成地下水的污染，以及细菌的大量繁殖等。因此，在选择防垢剂的同时，工作人员必须要根据油田的实际情况，首先开展大量的实验，对防垢剂进行筛选，与此同时，优选的防垢剂必须确保其具有一定的防垢性能，而且成本也合适，没有产生较大的环境污染问题。

参考文献：

[1]荆国林，唐曼，叶萍，等.大庆油田化学防垢剂优选[J].化工科技，2016，24（06）：38-41.

[2]邵光超.油田结垢与防垢技术研究[D].大庆：东北石油大学，2015.

[3]赵梓涵.油田结垢预测及防垢技术的研究进展[J].辽宁石油化工大学学报，2018，38（05）：19-23.

[4]张渺.NE油田结垢机理与阻垢技术研究[D].成都：西南石油大学，2014.

作者简介：

张西子（1988- ），女，汉族，辽宁辽阳人，硕士，工程师，主要从事油田化学方面的工作。