新型固体阻垢剂的研究

时间：2024-07-28

郭红，刘世恩，董双波

(承德石油高等专科学校石油工程系，河北承德 067000)

油井及地面管线结垢是油气田生产过程中遇到的严重问题之一，常导致油气层伤害、油气井井筒和地面管线阻流、设备损坏等问题，严重影响油气正常生产和油气田开发效益。为了保证油田的稳产、增产，合理有效地针对油田进行防垢已成为石油工业的重要研究课题之一。

1 母体阻垢剂的合成

1.1 反应机理

工业合成乙二胺四甲叉膦酸通常采用三种方式，一是利用乙二胺、甲醛、三氯化磷合成法;二是用乙二醇为中间介质，三氯化磷和乙二醇反应生成氯化磷酸酯，再与乙二胺和甲醛反应生成乙二胺四甲叉膦酸;三是乙二胺四乙酸与三氯化磷或亚磷酸合成法。生成的乙二胺四甲叉膦酸再用氢氧化钠中和即得乙二胺四甲叉膦酸(S)。第一种方法具有明显的经济优势，被普遍采用，反应式如下:

反应机理是三氯化磷与水生成亚磷酸，同时在酸性条件下，乙二胺与甲醛作用生成中间产物，中间产物再与与亚磷酸作用生成膦酸得到乙二胺四甲叉膦酸，结构如下:

1.2 实验过程

在水浴加热的500 mL四口圆底烧瓶上配备有回流冷凝器、搅拌器、滴液漏斗、盐酸吸收瓶及温度计，加入乙二胺和水，再加入甲醛水溶液，后加入三氯化磷，待稳定后(约10 min)，缓慢升高温度至预定值，再稳定一段时间，吹除反应释放的盐酸气体。冷却降温，加入40%氢氧化钠溶液，中和至pH 9.5～10.5，通过加入不同比例的三氯化磷，合成乙二胺四甲叉膦酸及其衍生物，共有四种不同的产物，用代号FFA、FFB、FFC和 FFD 表示。

2 母体阻垢剂的评价与筛选

污水样中主要含有Ca2+、Mg2+、Na+、Cl－、HCO2－3及少量SO2－4、Fe3+等离子，成分如表1所示。

表1 东辛采油厂现场污水离子浓度

将FFA、FFB、FFC和 FFD等四个阻垢剂样品加入到东辛油田现场污水中，实验温度为70℃，实验时间为48 h，测定了其阻垢效果，结果如图1所示。

从图1中可以看出，四种样品阻垢剂均有较好的阻垢效果。当加量达到8 mg/L时，阻垢率均超过85%。FFD在加量超过8 mg/L时，阻垢率迅速下降，所以该产品不适合现场应用。综合经济性，FFA的加量10 mg/L、FFC的加量为8 mg/L都是较好的选择。

3 缓溶型长效阻垢剂的制备

将液体阻垢剂制成固体状，使其缓慢均匀的溶解或释放(解吸)出来，是研制长效阻垢剂的关键。主要方法有高温合成法、吸附浸渍法、胶囊包敷法和胶结粘合法[1-3］。本次评价实验主要采用的是胶结粘合法。

3.1 胶结粘合法

将粘合剂、阻垢剂FFA、增效剂及填充剂等按一定比例混合均匀，放入模具内，加压制成棒状或球状，然后脱水干燥，即可得缓慢释放型阻垢剂。

3.2 缓溶型阻垢剂的溶解速率实验

固体阻垢剂的溶解或释放(解吸)速度关系到其有效期的长短，过快不能起到长效的作用，太慢不能保证其效果[4］。为此，在室内考察了在不同介质和温度下的溶解或释放(解吸)情况。将一个直径为20 mm的球状阻垢剂悬浮于1 000 mL的不同介质中，待其完全溶解后测定了在不同温度下平均溶解(释放)速度。实验结果如表2、表3所示(N1、N2、N3、N4代表不同的粘合剂)。

表2 固体阻垢剂的静态平均溶解或释放速度(室温)

表3 阻垢剂的静态平均溶解或释放速度(60℃)

由上表可以看出，当FFA∶N3∶N4为1∶3∶6时，用有机物、无机物、活性剂和粘合剂复配，胶结粘合法制成的缓慢释放型固体阻垢剂，用CDFF表示，在水中具有较小的溶解或释放速度。

3.3 缓溶型长效阻垢剂的阻垢性能

3.3.1 静态阻垢性能

在24 h内对广利站污水、辛一站污水、102站污水的阻垢效果如图2所示。

从图2中可以看出，随着温度的升高，CDFF的阻垢率呈上升趋势。在80℃时，其阻垢效果最好，对102站污水的阻垢率达到96.5%，对广利站污水的阻垢率达到90%，满足油井高温作业条件。

3.3.2 动态阻垢性能

将球状CDFF阻垢剂投入广利站污水、辛一站污水、102站污水中，测定了其在不同时间下的阻垢率，实验结果如图3示。

从图3中可以看出，10 h之内，阻垢效果可达到现场要求，10 h之后，阻垢效果逐渐降低。

综上所述，CDFF具有较好的阻垢效果，高温的静态阻垢率能到96.5%，动态阻垢率能达到82%，基本上可以满足东辛油田污水系统阻垢的要求，但要选择合理的投加量，并定期进行检测。从现阶段实验结果来看，CDFF用于储罐和锅炉水的阻垢更好。固体阻垢剂的溶解或释放速度，对其阻垢效果影响很大，必须在充分考虑其溶解或释放速度、水质性质、水量和温度等综合因素的条件下，通过室内实验合理确定其有效期和投加量，以确保其效果和有效期。