新型除碳酸鈣垢垢劑溶解實驗研究

胡艷雄 汪哲恒

摘 ? ? ?要：在油氣田后期開采過程中，隨著油田產出水的不斷增加，易成垢鈣離子大量存在于油田采出水中，這樣容易導致工業設備的使用壽命大幅度降低，造成經濟損失。因此，解決碳酸鈣結垢問題在現代工業生產中非常重要。在研究碳酸鈣垢溶解問題上，利用新型T-Z除垢劑來進行碳酸鈣的溶解實驗研究，在不同濃度的pH環境、不同的震蕩時間、不同的溫度下，采用失重法計算出碳酸鈣垢的除垢率。實驗數據得出碳酸鈣垢在2 g T-Z除垢劑、0.4 g Z-H助劑、震蕩時間為6 h的環境中除垢率效果最為顯著，能達到75.43%。碳酸鈣垢除垢率在反應溫度30 ℃時達到最大，除垢率隨著震蕩時間的增加有所提高。

關 ?鍵 ?詞：碳酸鈣垢;除垢劑;油田開采;震蕩時間;溫度

中圖分類號：TQ 016 ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? 文章編號： 1671-0460（2020）05-0889-04

Abstract： In the later stage of oil and gas field development， as the produced water of the oil field continues to increase， there are a great deal of easily formed scale calcium ions in the oilfield produced water， which easily leads to a significant reduction in the service life of industrial equipment and even the loss of the national economy. Therefore， it is very important to solve the problem of calcium carbonate scaling in modern industrial production. In this paper， based on the study of the dissolution of calcium carbonate scale， the new TZ detergent was used to carry out the dissolution study of calcium carbonate scale. The weight loss method was used to calculate the calcium carbonate scale removal rate under different pH， oscillation time and temperature conditions. The results showed that，when 2 g T-Z was used as scale remover， 0.4 g Z-H was used as additive and oscillating time was 6 h， the scale removal rate was the highest and reached 75.43%. The scale removal rate of calcium carbonate scale reached the maximum at 30 ℃， and the scale removal rate increased with the increase of the oscillation time.

Key words： Calcium carbonate scale; Scale remover; Oil field exploitation; Oscillation time; Temperature

隨著油田的不斷開采，在其開采過程中，產出水的含量不斷增加，油田結垢問題成為現代工業中急于攻克的問題，此問題一直貫穿油田開采過程中[1-3]。

如何清除油田結垢問題則是國內外科學工作者的燃眉之急，除垢劑廣泛應用于化工、石油、能源、交通、機電等工業方面，由于其性能和防護技術優良，因此廣泛應用于工業生產中。與此同時，除垢劑的使用在某些工業生產中是不可或缺的重要環節。隨著除垢劑應用開發的深入，除垢劑的應用和作用功能不斷拓寬，除一般性的除垢方法外，著力于開發多種高效、綠色的有機除垢劑[4-6]。在應用中研究適用于液相、氣相除垢劑之后，發展具有氣液相，氣/液/固多相體系的除垢劑。目前除垢劑研究正向高效、多功能、無公害的技術目標發展。針對國民經濟建設和工業生產中發生的問題開展除垢劑及其作用機理的研究，取得了多方面的進展。

1 ?實驗部分

1.1 ?實驗儀器及其實驗藥品

1 ? 1.1.1 ?實驗儀器

（1）恒溫攪拌器：控溫精度為±1 ℃（江蘇省金壇市醫療儀器廠）。

（2）202型電熱恒溫干燥箱（北京市永光明醫療儀器廠）。

（3）AL204電子天平：感量0.1 mg（梅特勒托利多儀器上海有限公司）。

（4）托盤天平（北京醫用天平廠）。

（5）溫度計、濾紙、量筒、玻璃棒、容器裝置等。

（6）干燥器。

（7）電吹風機。

1.1.2 ?實驗藥品

（1）T-Z 除垢劑配方

x（DMA）∶x（NBD-EH）∶x（NaOH）=1∶3∶1（摩爾比）。

（2）Z-H助劑（KOH）。

（3）CaCO3固體（化學試劑）。

（4）蒸餾水。

1.2 ?實驗條件

（1）試驗溫度為20、30、40、50 ℃。

（2）試驗時間6、12、24、48 h。

（3）試驗介質Z-H助劑質量分別為0.5、0.4、0.3、0.2、0.1 g。

2 ?實驗結果與討論

2.1 ?Z-H助劑的使用量對除垢效果的影響

反應環境的酸堿度是防腐工作的一個重要因素，物質反應的酸堿程度Z-H助劑用量分別為0.5、0.4、0.3、0.2和0.1 g，除垢效果的實驗數據見表1。

從表1、圖1可知，震蕩時間、反應溫度一定時，當反應的堿性環境逐步增強時，碳酸鈣垢的除垢率先緩慢增加后在Z-H助劑為0.4 g時迅速下降[7]，碳酸鈣垢的除垢率在Z-H助劑為0.4 g時有最大值[8，9]。即碳酸鈣垢在中性環境或強堿性環境中，其除垢率較低。

2.2 ? 震蕩時間對除垢效果的影響

實驗研究了碳酸鈣垢6、12、24和48 h的除垢效果，結果見表2。

從表2、圖2可知，反應溫度、溶液pH值一定fg時，溶液剛開始震蕩時，碳酸鈣垢的除垢效率上升較明顯。震蕩時間在6～12 h之間時，碳酸鈣垢的除垢速率上升的越來越緩慢，在12～48 h的震蕩時間范圍內，碳酸鈣垢的除垢速率上升的越來越快。從五組實驗數據整體看來，碳酸鈣垢的除垢效果與震蕩時間有一定程度的正相關關系。

2.3 ?溫度對除垢效果的影響

溫度的變化范圍分別為20、30、40、50 ℃，不同溫度的除垢效果見表3。

從表3，圖3可知，當震蕩時間、溶液的pH值一定時，當溫度為20～30 ℃時，除垢效率顯著上升，當溫度上升到30 ℃時，除垢效率達到最大值，平均除垢率達到67%左右。之后當溫度上升時，碳酸鈣垢的除垢率明顯下降。從圖表四組實驗數據中可以得出，碳酸鈣垢的除垢效果隨著溫度的增加而增加，然后溫度為30 ℃時達到最大值之后再下降[10]。

3 ?結論

（1）除垢劑能很好地加快碳酸鈣垢的溶解，使其除垢速率顯著增強，在本次研究中T-Z緩蝕劑的含量在2 g左右時，對碳酸鈣垢的除垢率有明顯提高。

（2）在反應溫度和震蕩時間一定時，增加Z-H助劑的含量，碳酸鈣垢的除垢率有顯著提高，但是碳酸鈣垢在強堿性環境中，其除垢率下降。因此碳酸鈣垢在中性環境或強堿性環境中除垢率較低[11]。

（3）在反應環境酸堿度和震蕩時間一定時，當反應溫度升高時，碳酸鈣垢的除垢速率增大，當溫度在30 ℃時，碳酸鈣垢的除垢率最大。繼續升高溫度時，除垢率明顯降低。

（4）在反應環境酸堿度和反應溫度一定時，當震蕩時間延長時，碳酸鈣垢的除垢速率緩慢增加，其除垢率有所提高。

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