油氣井防垢劑SS—1的研制與評價

石玲 程欣偉 劉慶 吳會勝 李國華

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油氣田在開發后期，需采取注水開發或排水找氣等工藝措施，油氣田產出流體中易含有Ca2+、Mg2+、Ba2+金屬陽離子和 HCO3－、CO32－、SO42－陰離子，結垢離子相結合產生碳酸鈣、硫酸鋇、碳酸鋇沉淀，造成氣井結垢[1]，從而堵塞油氣井產層和生產管柱，嚴重影響氣井的正常生產，甚至使油氣井停產、報廢。

1 SS—1防垢劑的制備

1.1 試劑及儀器

選用的試劑主要有馬來酸酐（MA）、丙烯酸（AA）、丙烯酸甲酯（MAC）、過硫酸銨、氫氧化鈉、三氯化磷、乙酸、無水乙醇等試劑。

實驗中用到的儀器主要有攪拌器、天平、量筒、燒杯、燒瓶、電爐、溫度計、烘箱、粉碎機等。

1.2 防垢劑的合成

（1）羥基乙叉二膦酸合成。將計量好的水、冰醋酸加入反應釜中，啟動攪拌器緩慢攪拌，直至攪拌均勻。在冷卻條件下緩慢滴加三氯化磷水溶液，并將反應溫度控制在60℃左右。反應副產物氯化氫氣體經冷凝后送入吸收塔，回收鹽酸。溢出的乙酰氯和醋酸經冷凝后回反應器。待滴完三氯化磷水溶液反應一段時間后，將反應溫度升至120℃左右，在攪拌下回流反應4～5 h，回流過程中采用3～5℃的冷水進行回流冷卻。然后開始降溫，在降溫過程加入一定量的乙醇，進行減壓蒸餾，直至蒸汽溫度下降至40℃，收集瓶內樣品備用。

（2）MA—AA—MAC共聚物的合成。在燒瓶中，按照一定的比例加入馬來酸酐和蒸餾水，在回流冷凝的條件下加熱并緩慢攪拌，在馬來酸酐完全溶解后，將溫度升高至60℃，穩定一段時間后，向燒瓶中滴加引發劑丙烯酸和丙烯酸甲酯的混合液，控制滴加速度，滴加時間控制在1 h左右。待滴加完畢后，將溫度升高至85℃，保溫反應3 h，冷卻可獲得白色膏狀物。在50℃左右加50%的NaOH調節pH值，使pH值為7左右，得到淡黃色透明粘稠液體，收集該液體備用[2]。

（3）MA—AA—MAC共聚物與羥基乙叉二膦酸最佳配制比例確定。MA—AA—MAC共聚物對氣井產出液的硫酸鹽抑制能力較強，羥基乙叉二膦酸對油氣井產出液的碳酸鈣垢抑制能力較強。為使防垢劑對碳酸鹽、硫酸鹽類都具有防垢的能力，將已合成好的MA—AA—MAC共聚物與羥基乙叉二膦酸HEDP按不同比例進行復配，確定出最佳的MA—AA—MAC共聚物與羥基乙叉二膦酸的復配比例為6∶4。通過對復配后形成的SS—1防垢劑進行防垢性能測試，防垢能力能達80%以上，表明復配后的SS—1防垢劑對油氣井產出液具有良好的防垢性能。

2 SS—1防垢劑性能評價

2.1 防垢劑最佳使用濃度實驗

為能使防垢劑能達到最佳的防垢效果，選取防垢劑在W2—5、Q3—1兩口井進行評價。W 2—5井井底溫度為86℃，礦化度為42 557mg/L；Q3—1井井底溫度為80℃，礦化度為68 417mg/L，測定防垢劑在不同濃度條件下兩口井水樣中的防垢率，為防垢劑確定一個最佳的使用濃度。

用上述水樣，根據我國石油天然氣行業標準《油田用防垢劑性能評定方法（SY/T5673—93）》，為對防垢劑性能進行測定。在SS—1防垢劑藥劑濃度為100、300、500、700和900mg/L，86℃條件下，分別對W2—5井水樣和Q3—1井水樣進行防垢率測定，結果如圖1所示。

圖1 不同濃度防垢劑在水樣中的防垢率

由圖1可知，防垢劑在W 2—5、Q3—1兩口不同井區的水樣中，當藥劑濃度達到500mg/L時，防垢率都能達到85%以上。

2.2 防垢劑高溫穩定性評價

防垢劑需具備在高溫條件下不分解，防垢性能穩定的特點，為此對SS—1防垢劑的耐高溫性能進行評價。防垢劑耐高溫測試方法：取濃度為500 mg/L的防垢劑于高溫、高壓反應釜中，分別在70、80、90、110和120℃的高溫條件下恒溫24 h后取出，觀察藥劑狀態。將恒溫后的防垢劑按照《油田用防垢劑性能評定方法（SY/T5673—93）》，測試防垢劑在W3—17井水樣中，高溫條件下防垢劑的防垢率。

由測試結果可知：SS—1防垢劑在高溫條件下（120℃條件下），藥劑不分層、無沉淀產生，說明防垢劑在高溫條件下有較好的穩定性；防垢劑在不同溫度條件下測試的防垢率與室溫條件下測試的防垢率基本一樣，說明防垢劑在高溫條件下的防垢性能很穩定。因此SS—1防垢劑在井底高溫環境中能夠達到較好的防垢效果。

2.3 抑鹽分散劑優選與評價

由于油氣田產出液的礦化度均較高，產出液中的氯離子含量也較高，在舉升的過程中產出液的溫度和壓力均會下降，使得溶解鹽由過飽和狀態變為飽和狀態，最后析出沉積在井筒上。鹽的沉積為碳酸鈣、硫酸鹽的沉積提供了平臺，增加了產出液中碳酸鈣、硫酸鹽垢的結垢趨勢，從而影響藥劑的防垢性能。

對比有機抑鹽分散劑和無機抑鹽分散劑的特點和油氣田的儲層特征，選用有機抑鹽分散劑聚丙烯酰胺、聚羧酸鹽、磺酸鹽、氨基酸，將這幾種物質加入SS—1防垢劑中，評價各抑鹽分散劑增效作用。從測試數據可以看出：在防垢劑中加入不同的抑鹽分散劑后對防垢劑的防垢能力影響較大。從測試數據還可以反映出，聚羧酸鹽與前面合成的防垢劑有很好的協同性，能大大提高產品在油氣田產出液中的防垢能力。

為確定聚羧酸鹽抑鹽分散劑的合理加量，通過加入不同量的聚羧酸鹽測試產品的防垢性能，實驗結果如圖2所示。

圖2 聚羧酸鹽抑鹽分散劑加入量對防垢性能的影響

實驗結果表明，通過加入抑鹽分散劑，防垢劑的防垢能力增強。隨著聚羧酸鹽抑鹽分散劑加量的增加防垢率逐漸增加，當加入濃度為7%時，防垢率最好，達到90.56%；當濃度超過7%時，隨加量的增加防垢率逐漸降低。因此確定聚羧酸鹽抑鹽分散劑最佳加入濃度為7%。

3 結論

（1）對碳酸鈣垢抑制能力較強的羥基乙叉二膦酸（HEDP）和對硫酸鹽抑制能力較強的MA—AA—MAC共聚物進行復配，最佳的復配比例為6∶4，復配后的藥劑具有較好的防垢性能。

（2）當藥劑濃度達到500mg/L時，防垢率能達到85%以上，防垢劑在高溫條件下，不分層、無沉淀產生，具有較好的高溫穩定性。

（3）防垢劑中加入聚羧酸鹽抑鹽分散劑能提高防垢能力，當加入濃度為7%時，防垢率最高，達到90.56%。

[1]戴彩麗，趙福麟，馮德成，等．潿洲12—1海上油田硫酸鋇鍶垢防垢劑研究[J]．油田化學，2005，22（2）：122-124.

[2]羅躍，張興華，張煜，等．硫酸鋇阻垢劑MA—AA—MAC共聚物的合成[J]．石油天然氣學報，2005，27（4）：506-507.