(中石化新春石油开发有限责任公司,山东 东营 257000)

解决油田管道结垢有效的方法是添加合适的阻垢剂[3]。由于阻垢剂的种类繁多，而且国内针对阻垢剂的筛选及测试数据较少，很少有结合油田现场实际情况[4]。该研究结合实际工况和现场管道水样进行测试试验，首先对水样各种元素含量进行系统分析，采用静态滴定法研究了各种因素对结垢的影响，其次针对春风油田管道实际情况对结垢趋势进行预测，最后筛选出合适的阻垢剂并探究其最佳注入量。

1 实 验

1.1 实验药剂

阻垢剂：2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)、丙烯酸钠(PAAS)、羟基乙叉二膦酸(HEDP)、氨基三甲叉膦酸(ATMP)。指示剂：钙羧酸。其他药品：氯化钠、无水氯化钙、六水氯化镁、碳酸钠、硫酸钠、碳酸氢钠、EDTA-2Na溶液、钙羧酸、浓盐酸和NaOH溶液(2 mol/L)，以上药品均为分析纯。

1.2 实验步骤

1.2.1 水质分析及模拟水配制

根据石油天然气行业标准SY/T 5523—2006《油田水分析方法》，利用离子色谱仪(IC)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)等分别对浓盐水中的离子种类和含量进行分析[5]，配制出模拟水并以此来代替真实溶液进行研究。

1.2.2 阻垢剂筛选及最佳浓度探究

选取适合春风油田的4种效果较好的阻垢剂进行阻垢试验，这4种阻垢剂分别为PBTCA，HEDP，PAAS和ATMP，进行筛选，得到阻垢性能最好的阻垢剂及其最佳加入浓度。

取4 mL模拟水样用去离子水稀释至50 mL并放入锥形瓶中，向锥形瓶中分别加入不同类型及不同量的阻垢剂，添加阻垢剂质量浓度为1，2，4，8和10 mg/L。向装有滤液稀释液的锥形瓶中加入2 mL NaOH溶液和0.2 g钙羧酸，混合均匀后立即用EDTA-2Na滴定。当溶液颜色由酒红色转变为亮蓝色时，表示滴定结束，记录消耗EDTA-2Na溶液体积数。根据EDTA-2Na滴定量计算出结垢率[7]。

2 结果与讨论

2.1 水质分析及模拟水配制

本研究利用离子色谱仪和傅里叶红外光谱仪分别对浓盐水中的离子种类和含量进行了分析，获得原始水样中对结垢影响较大的离子含量，结果见表1。根据分析水样中的离子含量，采用常用的盐复配出2 L模拟浓盐水,浓盐水成分见表2。

表1 春风油田污水水质分析结果 mg/L

表2 模拟水样成分

2.2 结垢规律研究

温度、pH值和钙离子浓度都是影响结垢的主要因素，因此研究了模拟水样在不同的温度、pH值和钙离子质量浓度下的结垢率[6]，实验所得结垢率随其他影响因素的变化关系见图1。

由图1(a)可以看出，温度与结垢率基本成正比，温度越高，结垢便越大，并且在80 ℃时结垢率达到了30%。由于春风油田钙离子含量较高，高温环境下几乎与大部分碳酸氢根离子结合形成碳酸钙垢，说明在高温环境下结垢非常严重。而且根据调研结果，春风油田污水管道温度接近 75 ℃，因此必须采取适当的防垢措施。

图1 不同影响因素下的结垢率变化

由图1(b)可以看出，随着pH值的升高，水样结垢率逐渐增大，结垢率从pH值为7时的24.32%增加到了pH值为12时的48.24%，说明降低水样pH值是减小水质结垢的一个有效方法，但是同时应当注意的是当pH值降至7以下时，酸性环境又会带来腐蚀的问题。该实验之所以选用7～12的pH范围，主要是因为在碱性情况下结垢比较明显，酸性环境下垢大量溶解，一方面是结垢量过少，难以精确观测，另一方面是酸性环境会带来严重的腐蚀问题，因此针对酸性环境的结垢研究没有实际意义[8]。春风油田管道水样大多数接近中性或弱碱性，所以对结垢影响较小，需要继续控制在此酸碱度。

由图1(c)可以看出，随着钙离子质量浓度增大，水样的结垢率呈现先增大后减小的规律，结垢率在钙离子质量浓度为360 mg/L时达到最大，达到72.75%；而后随着钙离子浓度增大，结垢率反而降低，当钙离子质量浓度增大到1 800 mg/L时结垢率降低到24.23%。这是由于当钙离子质量浓度较低时，钙离子浓度小于碳酸根和碳酸氢根的浓度，结垢量受钙离子含量控制[9]。随着钙离子浓度的增大，当钙离子浓度超过碳酸根和碳酸氢根时，溶液结垢量就受碳酸根和碳酸氢根控制，碳酸钙的电离平衡反应由于碳酸根离子的增加向左移动，碳酸钙沉淀析出，但是结垢率是一个相对值，是与溶液初始钙离子浓度相关的，初始钙离子浓度增大，使得结垢率降低[10]。

2.3 阻垢剂筛选及最佳浓度探究

针对春风油田采出水和回注水水样，研究了PBTCA，HEDP，PAAS和ATMP 4种阻垢剂在该水质条件(温度为80 ℃、pH值为7)下，添加质量浓度为1,2,4,8和10 mg/L的防垢性能，筛选出最适用的阻垢剂及最佳加注浓度。试验所得4种阻垢剂在不同质量浓度下的阻垢率如图2所示。

图2 几种阻垢剂的阻垢效果

由图2可以看出，4种阻垢剂分别为PBTCA，PAAS，HEDP和ATMP，其质量浓度分别为1，2，4，8和10 mg/L共5组，在其他条件相同的情况下，整体趋势都是随阻垢剂质量浓度的增加而阻垢率上升。HEDP质量浓度在2 mg/L时有一个转折点，该浓度后整体的阻垢率开始趋向平稳。HEDP所有质量浓度实验组中最高阻垢率是在10 mg/L时，达到了73.47%。其最低阻垢率则是在1 mg/L时，只有43.26%。其阻垢率变化趋势虽然呈上升趋势，但是随着浓度的增高阻垢效果增速缓慢，收益较差。ATMP的阻垢率随阻垢剂质量浓度的增加而增大，相邻浓度的实验组之间增长速度不一致，最低处是在1 mg/L时，阻垢率只有23.66%；最高处则是在10 mg/L时，阻垢率达到87.22%。PBTCA和PAAS的增长趋势较为相似，但是阻垢率相差较大，两者均在10 mg/L时阻垢率达到最大，但是PBTCA的最大阻垢率达91.43%而PAAS的最大阻垢率仅为82.77%，且PBTCA加入8 mg/L时，阻垢率已经接近90%。故通过对4种阻垢剂的阻垢率对比，判定出PBTCA为所需阻垢剂，其最适宜的加入质量浓度为8 mg/L。

3 结 论

(1)春风油田浓盐水管线中存在较多的结垢离子，管道结垢趋势严重。

(2)温度越高，pH值越大，浓盐水管线结垢趋势越严重。春风油田的污水管线温度高，pH值大，加剧了结垢，需要采取阻垢措施。

(3)试验表明：最佳的阻垢剂是PBTCA，其阻垢率可达90%，最佳注入质量浓度为8 mg/L。