适用于油田高pH条件下绿色阻垢剂研究进展

摘 要：综述了国内外适用于碱性条件下的绿色阻垢剂的研究应用进展情况，在此基础上分析了适用于碱性条件下的绿色阻垢剂研制开发和应用中存在的问题，并对其发展方向进行展望。

关键词：油田;绿色阻垢剂;研究

分类号：TQ085.412

引言

进入21世纪以来，环保意识空前高涨，一些发达国家已开始把含磷量大、不可降解的阻垢剂列入限排之列，阻垢剂正向着无毒无害的绿色方向发展[1]。

一、国内外发展概况

1.国外适用于油田高pH条件下绿色阻垢剂发展概况

聚马来酸是瑞士Ciba--Geigy公司[2]1971年开发并用于水处理的阻垢剂。聚马来酸无毒且易降解，不污染环境。不但能抑制CaCO3、CaSO4垢，而且对磷酸钙有较好的分散性能，可用于总碱度为1000mg/L冷却水中，在高pH值的冷却水中具有较好的阻垢性能[3]。

丙烯酸和丙烯酸羟丙酯共聚物[4]为无色至浅黄色的液体，呈弱酸性，溶于水。由美国Nacol公司于1975年开发，分子量为1000～500000。其抑制CaCO3垢的能力与聚丙烯酸相当，但对磷酸钙、磷酸锌、氢氧化锌、铁氧化物等都均有较好的抑制和分散作用。

聚环氧琥珀酸处理剂（PESA）是20世纪90年代初由美国开发的系列“绿色”缓蚀阻垢剂。其分子中无磷、无氮，具有生物降解性且水溶性好，同时具有螯合多价金属阳离子的性能，适用于高碱、高固水系，3mg /L即可达到很好的阻垢效果[5]。

S-羧乙基硫代琥珀酸（CETSA）主要由β-巯基丙酸与马来酸酐加成得到，具有水溶性和生物降解性，在pH为5-8之间均具有缓蚀和阻垢性。世界上主要生产厂家有法国埃尔夫-阿托化学公司和日本油脂公司，市售商品有效成分多为58%或20%的水溶液，另外还有CETSA的钠盐、钾盐及各类胺等衍生物产品。

AMPS-AA是对磷酸钙的阻垢性能非常优异，兼具阻碳酸钙和硫酸钙，对水中的黏土、氧化铁等悬浮物也有极强的分散能力，同时还可抑制锌盐在碱性水质中的沉积。该产品通过现场使用得出可以在很宽的pH范围内发挥较好阻垢效果的结论。

2.国内适用于油田高pH条件下绿色阻垢剂发展概况

2.1.壳聚糖类绿色阻垢剂

它是甲壳素脱除乙酰基后的衍生物，分子中兼有羟基和氨基，在pH值<9.8时，能与Ca2+形成稳定的螯合物，很少剂量就能呈现较好的阻垢效果。

2.2.丙烯酸类共聚物阻垢剂

聚丙烯酸类阻垢剂通常具有良好的阻垢性能，但不易生物降解，最终影响其被归类于“绿色阻垢劑”范畴。

2.3.马来酸（马来酸酐）类均聚、共聚物阻垢剂

马来酸酐在甲苯中用过氧化二苯甲酰引发可以发生聚合反应生成聚马来酸酐。由于其结构中每一个碳原子都接有一个羧基，这与其阻垢效果密切相关。在[Ca2+]为300mg/L，pH为8.0左右时，50℃温度下，单独使用水解聚马来酸酐4mg/L，6小时后的结垢量仅为不加阻垢剂时的20%左右，垢层柔软疏松，易于清洗。

2.4.低膦类绿色阻垢剂

何焕杰等合成的膦酰基羧酸三元共聚物MA/HPA/IPPA在中高硬度、高碱度、高pH 和高温条件下，不仅具有优异的阻碳酸钙、硫酸钙和磷酸钙等垢的性能，而且具有良好的稳定锌和分散氧化铁的能力，其使用性能优于HEDP、PBTCA、PAA 和HPMA。该共聚物合成工艺简单，磷含量低（质量分数<3%），对环境无污染，易实现工业化生产。

2.5.其他类绿色阻垢剂

烷基环氧羧酸盐（AEC）是一种具有无磷、无毒、耐氯、耐温等性能的缓蚀阻垢剂。AEC对碳酸钙的阻垢性能优异;对Zn（OH）2是一种有效的稳定剂，可用于高pH值、高碱度、高硬度、高浓缩倍数的冷却水系统，并为环境所接受。

三、发展过程中存在的问题及发展趋势分析

由于各油田、各区块、各油水井的水质条件均存在差异，高pH条件下阻垢剂的选择和使用存在地域性和局限性。水中离子种类和含量不同，阻垢剂的作用机理也存在差异，因此对于绿色阻垢剂的机理研究还有待发展与突破。就目前适用于油田高pH条件下的阻垢剂不仅需要在碱性环境中对多种垢具有较好的抑制作用，还要达到环保要求，不污染环境。如果能兼具缓蚀、分散等效果将更有益于提高多功能性并降低成本。此类阻垢剂今后的发展思路主要可概括为改性、复配和开发新产品：

（1）壳聚糖或淀粉等天然聚合物因其具有来源广、价廉和可生物降解等特点，可以通过对其进行改性以制备适合高pH水质的绿色聚合物阻垢剂。还可将可生物降解的组分加入丙烯酸或马来酸系列的主链中，通过引入可生物降解的聚合物链，或控制分子量或聚合物的分子量分布来改进生物降解性。

（2）利用协同效应增加阻垢剂效果及多功能性，开发复合阻垢体系。如锌盐、葡萄糖酸钠、聚天冬氨酸、膦酰基羧酸、聚谷氨酸类、聚环氧琥珀酸等的复配使用。

（3）新品种的开发应避免使用毒性基团，使用安全廉价的溶剂。可尝试高性能两性聚酯、高性能聚氨基酸，以及通过膦酰基、胺基、羟基、氨基、磺酸基等不同单体的合成，得到能同时有效抑制钙、镁、铁、锌、钡等多种垢的带多种官能团的多元共聚物[33，34]。另外，共聚物分子中若能同时含有非离子集团（如羟基、聚乙二醇基等）和弱酸性集团（如羧酸基、膦酸基等），各类官能团间可以形成协同作用。

四、结束语

绿色阻垢剂虽已经历了几十年的研究，但受成本与性能的影响，能广泛工业化应用的并不多，特别是对于目前国内大多数油田采用水驱、蒸汽驱的形势下，以及高凝油、高pH水质的出现，给绿色阻垢剂带来了新的挑战。价廉、高效、多功能、环保型阻垢剂在环保标准日益严格的今天仍任重而道远。

参考文献：

[1]宋彦梅.绿色阻垢剂的研究现状及应用进展[J].工业水处理，2005，25（9）：8-12.

[2]TANTAYAKOM V， SCOTT Fogler H. Study of Ca-ATMP precipitation in the presence of magnesium ion [J]. Langmuir， 2004，20（10）：2220-2226.

[3]张颖明.循环水阻垢剂的研制与应用研究[J].造纸化学品与应用，2010（2）：16-18.

[4]龚晓明，葛红花，刘蕊.磁场水处理阻垢机理及其应用研究[J].工业水处理，2010，30（8）：10-14.

[5]王睿，丁洁，沈自求.动静态研究体系中CaCO3沉积规律的理论分析及实验研究[J].水处理技术，2000，26（1）：36-41.

作者简介：戴倩倩（1986-），女，工程师，2009年毕业于西南石油大学应用化学专业，2012年毕业于西南石油大学应用化学专业，获硕士学位，现从事石油工业入井流体监督检验及油田化学品检测工作。

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