复配阻垢剂对碳酸钙阻垢效果及垢晶微观形貌影响_李洪建.pdf

投稿网址:2023 年 第23 卷 第8 期2023,23(8):03252-08科 学 技 术 与 工 程Science Technology and EngineeringISSN 16711815CN 114688/T引用格式:李洪建,刘文举,赵守新,等.复配阻垢剂对碳酸钙阻垢效果及垢晶微观形貌影响J.科学技术与工程,2023,23(8):3252-3259.Li Hongjian,Liu Wenju,Zhao Shouxin,et al.Influence of compound scale inhibitor on the scale inhibition effect and scale crystal morphologyof calcium carbonateJ.Science Technology and Engineering,2023,23(8):3252-3259.复配阻垢剂对碳酸钙阻垢效果及垢晶微观形貌影响李洪建1,刘文举1,赵守新2,楚文静3,刘林泉2,马艳3(1.西南石油大学石油与天然气工程学院,成都 610500;2.中石油新疆油田公司石西作业区,克拉玛依 834000;3.中国石油玉门油田分公司,酒泉 735000)摘 要 针对石南 1631 注水井结垢问题,以该注水井水样分析数据为基础,对注入水及结垢产物组成进行分析,得到该注水井结垢垢型为碳酸钙垢。为了减缓结垢对注水的影响,选用5 种阻垢剂对该注水井水样开展了阻垢效果研究。在阻垢剂单剂对注入水水样阻垢效果实验研究的基础上,将优选出的阻垢剂聚环氧琥珀酸(PESA)与二乙烯三胺五甲叉磷酸(DTPMPA)以2 1复配,当阻垢剂浓度为 80 mg/L 时,阻垢率达到 90.26%。为明确复配阻垢剂的阻垢机理,对加入不同复配阻垢剂浓度前后形成的垢晶进行扫描电镜分析与 X 射线衍射分析。结果表明:复配阻垢剂对碳酸钙晶体的形貌与晶体粒径均有一定程度的影响,在实验所用复配阻垢剂浓度范围内,阻垢剂浓度越高,碳酸钙晶体的平均粒径越小;复配阻垢剂主要通过晶格畸变、螯合增溶与低剂量效应,在碳酸钙垢的形成过程起到了抑制作用。关键词 注水井;结垢预测;阻垢效果;碳酸钙晶体;阻垢机理中图法分类号 TE39;文献标志码 A收稿日期:2022-10-12;修订日期:2022-12-09基金项目:国家自然科学基金(51974271)第一作者:李洪建(1963),男,汉族,河南开封人,副教授。研究方向:油气田开发生产过程中的保护油气层技术与油田注水工艺技术。E-mail:。Influence of Compound Scale Inhibitor on the Scale Inhibition Effectand Scale Crystal Morphology of Calcium CarbonateLI Hong-jian1,LIU Wen-ju1,ZHAO Shou-xin2,CHU Wen-jing3,LIU Lin-quan2,MA Yan3(1.College of Oil and Gas Engineering,Southwest Petroleum University,Chendu 610500,China;2.PetroChina Xinjiang Oilfield Company Shixi Operation Area,Karamay 834000,China;3.Petrochina Yumen Oilfield Company,Jiuquan 735000,China)Abstract Aiming at the scaling problem of Shinan1631 injection well,based on the analysis data of the water sample of the injec-tion well,the composition of the injected water and scaling products was analyzed,and the scaling type of the injection well was calci-um carbonate scale.In order to reduce the influence of scale formation on water injection,five scale inhibitors were selected to studythe scale inhibition effect of the injected water samples in this well.On the basis of the experimental study on the scale inhibition effectof single scale inhibitor on injected water samples,the optimized scale inhibitor polyepoxysuccinic acid(PESA)and diethylenetriaminepentamethyl fork phosphoric acid(DTPMPA)were compounded at a ratio of 2 1.When the concentration of the scale inhibitor was80 mg/L,the scale inhibition rate reached 90.26%.To clarify the scale inhibition mechanism of the composite scale inhibitor,thescale crystals formed before and after adding different concentration of scale inhibitors were analyzed by scanning electron microscopyand X-ray diffraction.The results show that the composite scale inhibitor has a certain influence on the morphology and particle size ofcalcium carbonate crystal,within the concentration range of the compound scale inhibitor used in the experiment,the higher the con-centration of the scale inhibitor,the smaller the average particle size of calcium carbonate crystal.The compound scale inhibitor mainlyinhibits the formation of calcium carbonate scale through lattice distortion,chelation solubilization and low dose effect.Keywords injection wells;scaling prediction;scale inhibition effect;calcium carbonate crystal;scale inhibition mechanism 中国大多数油田已经到了开采中后期,主要采用注水开发的方式提高采收率,在注水过程中,结垢已成为一种普遍现象。目前,防止油田水结垢的方法主要有化学阻垢法、物理阻垢法、机械阻垢法及工艺阻垢法1-4。化学阻垢法是在结垢的水体系中加入阻垢剂阻止垢的生成。由于在生产实际中,阻垢剂的用量可调、阻垢效果好,因此,化学阻垢方法是目前防止油田无机垢结垢最常用的方法5。目前,对阻垢剂的研究主要集中在:一是阻垢剂阻垢机理的研究,包括螯合增溶、分散吸附、晶格畸变等理论6,但是对于高温投稿网址:下阻垢剂阻垢机理及复配阻垢剂阻垢机理的研究较少;二是绿色环保型阻垢剂的研发,阻垢剂研究向无磷、易降解的方向发展7-8,但是由于绿色环保型阻垢剂阻垢效果较差,中外学者多致力于聚环氧琥珀酸的研究与应用中;三是阻垢剂的复配研究9,由于单一阻垢剂阻垢效果欠佳,基于阻垢剂间的协同作用,选取阻垢效果较好的阻垢剂进行复配,该方法具有一定的实际工程应用价值。为此,以石南 1631 注水井的注入水的分析数据为基础,结合注水井的工况条件,对注水井的结垢类型进行预测。通过结垢预测得出,石南 1631 注水井主要结垢垢型为碳酸钙垢,并与现场结垢垢样的分析结果进行对比分析,验证结垢预测结果与现场垢样分析结果的一致性。针对石南 1631 注水井结垢问题,选用现场常用的阻垢剂阻垢剂聚环氧琥 珀 酸(PESA)、二乙基三胺五乙酸(DTPA)、TH-607B、二乙烯三胺五甲叉磷酸(DTPMPA)、乙二胺四甲叉磷酸钠(EDTMPS)进行阻垢剂单剂对阻垢效果的实验研究。为进一步提高阻垢效果,开展复配阻垢对阻垢效果的实验研究,以得到复配阻垢剂的最优复配比例及最优使用浓度。为了明确复配阻垢剂的阻垢机理,用扫描电镜及 X 射线衍射分析仪对加入复配阻垢剂前后生成的结垢垢晶进行了微观测试分析,通过微观分析,探讨复配阻垢剂对垢晶微观形状、形态及粒径的影响,同时结合复配阻垢剂单剂中所含官能团的类型对复配阻垢剂的阻垢机理进行了剖析。研究结果能够为石南1631 注水井防垢技术提供一定的参考。1 石南1631 注入水及结垢产物组成分析1.1 石南 1631 注水井注入水离子成分分析按照石油行业的水质分析标准 SY/T 5523,用电感耦合等离子体发射光谱仪与 ICS-5000 多功能离子色谱仪对注入水的离子成分进行了分析,分析结果如表 1 所示。表 1 石南 1631 注水井注入水离子成分分析数据Table 1 Ioncomposition analysis data of water injected intoheather 1631 water injection well离子类型离子含量/(mg L-1)pH矿化度/(mg L-1)Cl-12 992.21HCO-3932SO2-4275CO2-3未检出K+95.87.9623 015.5Ca2+927Na+7 710Mg2+41.8Ba2+0.49Sr2+41.2 由石南 1631 井注入水离子成分分析数据可得,注入水中含有一定量的 SO2-4、HCO-3等成垢阴离子及 Ca2+、Sr2+、Mg2+等成垢阳离子;当温度、压力、pH等条件发生变化时,有可能生成碳酸盐垢或硫酸盐垢。1.2 石南 1631 注水井现场垢样分析为了验证预测结果的可靠性,对石南 1631 井现场所取垢样处理烘干后,使用 X-射线衍射分析仪对垢样的物相进行分析,表 2 为现场结垢垢样X 射线衍射分析仪分析数据。图 1 为现场结垢垢样 X 射线衍射分析图谱。表 2 垢样 X 射线衍射分析仪分析数据Table 2 Scale X-ray diffraction analyzer analysis data矿物种类相对含量/%方解石78.8菱铁矿18.5针铁矿2.3四方纤维矿0.4 为衍射角图 1 垢样 X-射线衍射分析仪分析图谱Fig.1 Scale X-ray diffraction analyzer analysis map 由 X 衍射分析结果可知:石南 1631 注水井垢样中方解石的含量为 78.8%的、同时含有 18.5%的菱铁矿以及微量的针铁矿和四方纤铁矿。因此,石南 1631 注水井的结垢垢型主要为碳酸钙垢,与结垢预测所得的结果一致。垢样中的含铁矿物是该注水井油管腐蚀产物。为了减缓结垢对注水