緩釋型固體油井防垢劑的研制及應用

1 實驗

1.1 基礎防垢劑HG-1的篩選

首先選擇鄯善油田采出水(S4-231)，對8種防垢劑在80℃下進行防垢評價篩選。實驗條件為：溫度80℃，恒溫時間12 h，防垢劑加量20 mg·L-1。再考察其中防垢率最高的HG-1防垢劑在不同加量下對其它幾種采出水的防垢效果。實驗條件為：溫度80℃，恒溫時間12 h。以確認該防垢劑可用作基礎防垢劑。

1.2 固體防垢劑SQJ-1的制備[2]

在防垢劑HG-1中加入固化劑樹脂OP，然后添加適量的增效劑、表面活性劑、粘合劑，充分混合均勻后裝入模具(圖1)置于烘箱中，高溫加熱一定時間，冷卻，脫模，制成緩釋型固體防垢劑[3]，命名為SQJ-1。制成的防垢劑SQJ-1為乳白色實心圓柱體，密度(20℃)為1.4～1.6 g·cm-3，軟化點≥140℃，有效成分含量≥56%，采出水中加量為40 mg·L-1時防垢率≥97%。

圖1 固體防垢劑SQJ-1制備模具

1.3 固體防垢劑SQJ-1緩釋性能研究

圖2 固體防垢劑SQJ-1溶解性實驗模具

利用特定模具(圖2)，采用靜態溶解法和動態溶解法(流體流速為0.3 m·s-1)評價固體防垢劑SQJ-1在水中不同溫度下的緩釋性能。以溶解時間為橫坐標、固體防垢劑的累積溶出率為縱坐標繪制曲線。當溶出率穩定后，固體防垢劑的累積溶出率與時間基本呈直線關系。因此，通過計算直線段的斜率(如果曲線不為直線，可利用最小二乘法對實驗結果進行直線回歸，計算出回歸直線段的斜率)，就可計算出固體防垢劑中剩余的防垢劑完全溶解所需的時間，加上防垢劑之前已溶解的時間，即為固體防垢劑的有效使用時間。同理，在實驗溫度為50℃的條件下，采用動態溶解法評價固體防垢劑SQJ-1在不同油水比下的溶解性能。

1.4 防垢性能評價[4]

參照石油天然氣行業標準《油田用防垢劑性能評價方法》(SY/T 5673-93)中的成垢離子測定法評價防垢劑防垢性能。防垢率(A)依下式計算：

式中：V0為加熱實驗前測定采出水總Ca2+、Mg2+耗用EDTA體積，mL；V1為未加防垢劑時采出水加熱實驗后總Ca2+、Mg2+耗用EDTA體積，mL；V2為加防垢劑時采出水加熱實驗后總Ca2+、Mg2+耗用EDTA體積，mL。

2 結果與討論

2.1 鄯善油田水樣礦化組成(表1)及油井結垢原因分析

表1 鄯善油田水樣礦化組成

2.2 基礎防垢劑HG-1的篩選

2.2.1 不同防垢劑的防垢率(表2)

表2 不同防垢劑的防垢率

由表2可知，8種防垢劑中HG-1對S4-231采出水的防垢效果最好，防垢率為95.94%。

2.2.2 防垢劑HG-1加量對防垢效果的影響(表3)

由表3可知，防垢劑HG-1能有效防止鄯善油田采出水結垢，當防垢劑HG-1加量為40 mg·L-1時，對采出水的防垢率已達97%以上，最高可達99.72%，防垢效果良好。因此，確定防垢劑HG-1作為基礎防垢劑來制備油井固體防垢劑。

表3 防垢劑HG-1在不同加量下的防垢率/%

2.3 固體防垢劑SQJ-1的緩釋性能

2.3.1 固體防垢劑SQJ-1在水中的緩釋性能(表4)

表4 不同溫度下固體防垢劑SQJ-1在水中 的有效使用時間

由表4可知，隨著溫度的升高，固體防垢劑SQJ-1的有效使用時間相應縮短；其動態下的溶解速度比靜態下的溶解速度快，有效使用時間相對更短。總體而言，固體防垢劑SQJ-1適合50～80℃以下井溫使用,滿足鄯善油田油井溫度要求。

2.3.2 固體防垢劑SQJ-1在不同油水比下的緩釋性能(表5)

表5 固體防垢劑SQJ-1在不同油水比下的有效使用時間

由表5可以看出，隨著含水量的升高，固體防垢劑SQJ-1的有效使用時間相應縮短，表明固體防垢劑SQJ-1更適合含水量較高的油井，適合鄯善油田含水量高的特點。

2.4 釋放機理探討

緩釋型固體防垢劑的釋放大致可以分為兩個階段：速釋階段和緩釋階段。首先是最外層的防垢劑與介質直接接觸溶解進入介質中，然后處于表層的固化劑、防垢劑依次溶解，導致表層骨架材料相互之間的結合力下降，使得部分骨架材料溶解分散為小顆粒，因而造成表層骨架材料的溶蝕。隨著擴散路徑的增大，固化劑溶解的速率越來越慢，表層骨架材料的溶蝕和防垢劑的釋放速率也逐步減緩直至達到穩定釋放狀態[5]。

2.5 固體防垢劑SQJ-1的現場應用

固體防垢劑SQJ-1在鄯善油田電潛泵應用13井次,有桿泵應用7井次,其中已起管柱觀察的12井次中有效井11口、無效井1口，有效率88.8%；沒有起管柱觀察的9井次中有效井9口,有效率100%；平均有效率為95%。SQJ-1有效抑制了結垢的產生,均延長電潛泵檢泵周期270 d、有桿泵檢泵周期129 d。截至2009年9月底,已累計增產原油613 t,減少16作業井次,按原油價格3000元·t-1、作業費2.3萬元·井次-1計算,共創產值147.1萬元,扣除項目投入33萬元,凈創產值124.1萬元,投入產出比達1∶6.7,取得了良好的經濟效益。

3 結論

(1)采用高溫熔融法制備的緩釋型固體防垢劑SQJ-1為乳白色實心圓柱體，密度(20℃)為1.4～1.6 g·cm-3，軟化點≥140℃，有效成分含量≥56%，采出水中加量達到40 mg·L-1時防垢率≥97%。

(2)油水比對緩釋型固體防垢劑SQJ-1的釋放速率有一定的影響，且油水比越小，其緩釋效果越好。

(3)現場應用表明，固體防垢劑SQJ-1有效率為95%，有效使用時間最長達192 d，具有投加工藝簡單、防垢劑緩慢釋放、防垢有效期長、防垢效果好的特點，能有效防止鄯善油田采出水結垢，值得應用和推廣。

參考文獻：

[1] 朱義吾.油田開發中的結垢機理及其防治技術[M].西安：陜西科學技術出版社，1994：36-47.

[2] Al-Thuwaini J S,Arabian B J.Encapsulated scale inhibitor treatment[J]. SPE 37 790.

[3] Weghorn S J,Stegmann D W.Enhancing chemical efficiency using slow-release corrosion inhibitors[J].SPE 93 169.

[4] 陳復.水處理技術及藥劑大全[M].北京：中國石化出版社，2000：68-71.

[5] Hsu J F,Al-Zain A K,Raju K U. Encapsulated scale inhibitor treatments experience in the Ghawar Field,Saudi Arabia [J].SPE 60 209.