张宁，赵威，曾祥红，李少鹏，邱爽

油田环烷酸盐的危害及其防治探讨

张宁，赵威，曾祥红，李少鹏，邱爽

（中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司，天津 300452）

环烷酸盐在油田生产中不仅容易沉积而析出，在泥沙罐或者阀门等形成淡黄色的环烷酸-泥沙沉积物，而且会对生产流体产生很稳定的乳化，影响油水分离。总结了环烷酸盐形成的机理和目前的防治措施，开展了防治环烷酸盐的药剂实验，化解了环烷酸盐对稳定生产带来的挑战，为其他油田选择出合适的环烷酸盐防治的方法提供思路。

环烷酸盐；堵塞；药剂

在过去的20多年里，环烷酸盐已经逐渐成为全球范围内许多海洋油田生产所面临的一个严峻的挑战。其原因之一就是因为全球范围内对重油的开采越来越多，而重油中含有更多的环烷酸。例如欧洲的英国和挪威北海、亚洲的中国渤海及南海海域，以及印尼和文莱，北美墨西哥湾、南美巴西、澳大利亚，非洲的安哥拉，几乎所有大洲的海洋石油开采都面临着这些问题［1］。

环烷酸盐对海上原油开采带来的问题主要有两方面：一是许多油田都面临的问题—原油流动保障问题。因为环烷酸钙的沉积会严重的堵塞原油生产管道、分离器、换热器、水力旋流器等上部原油处理模块，从而造成许多意想不到的计划外生产关断。二是环烷酸钠具有表面活性剂的作用，会引起十分稳定的乳化，使油水分离效果变差，水中含油和油含中水都增高［2］。本文通过环烷酸盐形成机理，研究分析了环烷酸盐防治的办法和思路。

1 环烷酸盐对生产造成的影响

某油田位于渤海湾，其生产设施一共包括六个井口平台和一艘浮式生产储卸油装置（FPSO）。井口平台产出的生产流体经过海底管道输送至单点然后进入FPSO生产系统处理。FPSO上部生产模块一共有两个平行的生产处理系列。而发生环烷酸钙堵塞现象的是2系列的生产流程［3］。

油田投产后2年，FPSO生产管线开始出现被环烷酸钙堵塞的现象。首先是撇油器的油相出口管线被环烷酸钙完全堵塞，见图1。之后逐渐出现2系列的电脱水器水相、二级分离器水相出口管线被环烷酸钙堵塞的情况［4］。在关断清罐作业期间，从二级分离器内清理出了大量的沉积的环烷酸钙，见图2。在清罐作业完成几个月时间之后，二级分离器的水出口管线又出现了堵塞的情况，二系列的原油生产水换热器中也发现了大量沉积的环烷酸盐，环烷酸盐堵塞了换热器的换热管［5］。

图1 被环烷酸钙堵塞的生产管道

图2 二级分离器内部沉积的环烷酸钙

以上的各种现象都表面，油田二系列的原油处理流程中环烷酸盐沉淀堵塞管道和设备的问题已经严重的威胁了正常生产。为了能够解决这一问题，油田针对环烷酸盐的形成和治理进行了一系列的研究。

2 环烷酸盐形成和防治理论分析

2.1 成分分析

在对环烷酸盐的初期调研阶段。为了确定各个井口平台产液所含环烷酸的类型及环烷酸盐沉淀的成分，对井口产液和环烷酸盐沉淀进行分析。分析结果如表1所列。

表1 沉淀物及各井口生产液环烷酸成分分析

从分析结果可以看出，沉淀物中二元酸和ARN酸占很大一部分。目前研究认为，导致环烷酸盐沉淀的首要最重要的因素就是ARN酸［2］。而从分析结果来看，整个油田只有WHPE平台产液含ARN酸。可以确定是WHPE平台产液所含的环烷酸导致二系列的环烷酸盐沉淀的产生。

2.2 环烷酸及其盐的成垢机理

油田委托专业机构采用EDS、XRD、XRF和SEM等先进分析手段对垢样分析，评价得出环烷酸及其盐类垢样构成，是以难溶性盐类为主体的一种不溶性固体。此外还夹杂了大量的沥青质、环烷酸和胶质等天然有机物。同时研究表明环烷酸在有沥青质存在时，可促进固体颗粒聚集直至成垢。分子动力学模拟证实了这种由于沥青质与颗粒的相互作用的不稳定性导致了结垢。

图3 分子动力学模拟图

2.3 环烷酸盐防治分析

目前各个油田防控环烷酸盐带来的影响通常有两种思路：给生产液中加酸来降低生产水的pH值以及研发环烷酸盐抑制剂［6］。

环烷酸与生产水混合后通常会分解并和金属盐离子反应。通过给系统中加酸降低pH值会减少环烷酸羧基上质子氢的电离分解，阻断了环烷酸与金属盐离子的反应，从而达到防治环烷酸盐生成的目的。实验研究表明当系统的pH降低到6以下能有效地防止环烷酸沉淀的生成［7］。目前应用最广泛的是乙酸，不过有的油田也应用盐酸、甘醇酸等。用酸来防治环烷酸盐不仅能防治环烷酸盐的生成，还能溶解管线设备内已经沉淀的环烷酸盐。但是这样的方法最大的缺点就是在安全环保方面的影响。例如给生产系统加入过多的酸会引起管道和设备的腐蚀，同时对于海上油田而言，运输存储大量的酸液本身就对后勤供给运输有很大的挑战和风险［8］。

在过去的15年里，许多油田都针对自己油田的实际情况开始研究环烷酸盐抑制剂来取代酸液加注。这些环烷酸盐抑制剂有多种工作原理［9］：表面活性物质在油水界面聚集从而阻止环烷酸与金属离子接触反应；或者是一种高效的破乳剂，最大限度地减少乳化和油水界面，从而破坏环烷酸盐生成的条件。在许多油田现场通常将这两种方法结合起来使用，有的还会添加其他药剂，例如反相破乳剂，以期获得更好的效果［10］。

3 油田环烷酸盐防治实践

为了防治环烷酸盐的危害，油田针对生产状况展开环烷酸盐抑制剂实验。对环烷酸盐抑制剂首先展开了取样瓶试。先通过瓶试对比沉淀的生成，效果良好。之后展开流程加注实验。为了优化药剂的注入速率同时评价药剂的加注效果，在试验过程中设立了一系列的数据监测。主要的监测指标及分析方法列为表2。

表2 数据检测方案

通过对流程加入不同浓度的抑制剂，检测一、二级分离器、电脱水器油相含水及水相含油及环烷酸，生产水泵滤器环烷酸盐沉淀结果如表3。

表3 加入不同浓度抑制剂数据检测结果

从分离器的油相含水与药剂加注量变化趋势可以看出，该次实验加注的环烷酸盐抑制剂对分离器油相的含水并没有明显的影响。分离器水相出口的水含油变化趋势与药剂加注量的变化可以看出，实验加注的药剂对于分离器水相的出口和排海水质没有明显影响。本实验过程中监测了二级分离器生产水泵过滤器上沉积的环烷酸盐的量，以及分离器水相出口的环烷酸盐悬浮物，发现抑制剂加药浓度在110～130 mg·L-1明显减少。

对试验结果分析，该药剂的加入并不会对油含水和沉淀有明显的影响。在每周对二级分离器生产水泵滤器的检查可以发现滤器上沉积的环烷酸钙明显减少，在停止注入药剂后，滤器上环烷酸钙沉积的速率又会增加。这说明实验所用药剂对环烷酸酸盐的沉淀有一定的抑制作用。

4 结束语

从现场试验结论来看，该环烷酸抑制剂在一定的加药浓度时取得了较好的效果，抑制了环烷酸盐的产生和沉淀，环烷酸盐抑制剂的技术路线是可行的。通过抑制剂的加注，可以使环烷酸盐在油相中稳定，水相中使其向油相转化，从而不与颗粒物及沥青等结垢，大大缓解了环烷酸盐沉淀对油田稳定生产带来的困扰。

［1］高延敏, 陈家坚. 环烷酸腐蚀研究现状和防护对策［J］. 石油化工腐蚀与防护, 2000, 17 (2): 7.

［2］梁春雷, 陈学东, 艾志斌, 等. 环烷酸腐蚀机理及其影响因素研究综述［J］. 压力容器, 2008, 25 (5): 7.

［3］陈碧凤, 杨启明. 常减压设备环烷酸腐蚀分析［J］. 腐蚀科学与防护技术, 2007, 19 (001): 74-76.

［4］QUADROS F M D, FREITAS M B D, CARMEN S, et al. Redox status regulation and action of extra- and intravascular defense mechanisms are associated with bean resistance against Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli［J］., 2021, 257（5）: 1457-1472.

［5］韩香云, 王遵尧, 杨春生,等. 苯砜基环烷酸酯类化合物的结构与急性毒性关系的密度泛函理论研究［J］. 环境科学学报, 2005, 25 (6): 840-844.

［6］敬和民, 郑玉贵, 姚治铭, 等. 环烷酸腐蚀及其控制［J］. 石油化工腐蚀与防护, 1999, 16 (1): 6.

［7］MOHAMMED M A, SORBIE K S, SHEPHERD A G. Thermodynamic Modeling of Naphthenate Formation and Related pH Change Experiments［J］., 2009, 24 (03): 466-472.

［8］Vindstad J E , Bye A S , Grande K V , et al. Fighting Naphthenate Deposition at the Heidrun Field［C］// International Symposium on Oilfield Scale，2003.

［9］李志强, 柯伟. 炼油厂环烷酸腐蚀研究与进展［J］. 石油化工腐蚀与防护, 1999, 16 (2): 5.

［10］朱明. 不黏轮乳化沥青制备及性能评价［J］. 辽宁化工，2021，50 （10）：1464-1470.

Discussion on the Harm and Prevention of Naphthenate in Oil Fields

,,,

（CNOOC Energy Technology & Oil Production Service Co., Tianjin 300452, China）

Naphthenates are not only easy to deposit and precipitate in oilfield production to form light yellow naphthenic acid-silt deposits in silt tanks or valves, but also produce stable emulsification of production fluids, which affects oil-water separation. In this article, the formation mechanism of naphthenate was summarized, as well as the current prevention and control measures. And chemical experiments for the prevention and control of naphthenate were carried out, the challenge of naphthenate to stable production was resolved, providing ideas for selecting suitable naphthenate prevention methods for other oilfields.

Naphthenate; Blocking; Chemicals

TE869

A

1004-0935（2022）04-0556-03

2021-11-26

张宁（1989-），男，江苏徐州人，工程师，2012年毕业于东北石油大学石油工程专业，研究方向：海上油田油气水处理、油气输送以及提高采收率等。