新型清垢劑清除碳酸鈣垢的試驗研究

艾俊哲 （非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心 （長江大學(xué)），湖北 武漢430100 長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434020）

榮沙沙，陳以周 （長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 荊州434023）

油氣田開發(fā)至中后期，由于結(jié)垢引起的堵塞現(xiàn)象非常嚴(yán)重，給油氣田生產(chǎn)帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)［1～4］。碳酸鈣垢是結(jié)垢類型中最為普遍的一種，該垢極易堵塞管道和井眼，給油氣的開采和運輸造成很大困擾。垢的解除有多種方法［5～11］，傳統(tǒng)的清除碳酸鈣垢的方法主要是酸洗和堿煮。堿煮易造成環(huán)境污染，酸洗對油田中的金屬管道和器械造成嚴(yán)重的腐蝕。為此，筆者研究了2種清垢劑配方，并采用失重法研究了在不同溫度、不同pH值及不同清垢劑濃度的條件下，清垢劑SCB和清垢劑PVT對碳酸鈣垢的清除效果。

1 試驗研究

1.1 試驗儀器及藥品

水浴鍋 （控制溫度精度為±1℃）；電熱恒溫干燥箱；電子天平 （感量0．1mg）；量筒；玻璃棒；錐形瓶；蒸發(fā)皿；濾紙；布氏漏斗；減壓抽濾裝置；pH試紙；NBD-EH （多元有機酸類衍生物）；NaOH；DMA，DMH （大分子量有機絡(luò)合物）；碳酸鈣樣品；工業(yè)用水。

1.2 試驗條件

試驗溫度分別為20、40、60、80、100℃；試驗時間24h；試驗介質(zhì)：水＋20%配制溶液 （配方中的百分?jǐn)?shù)為質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

1.3 清垢劑的基本配方

清垢劑SCB x （DMA）∶x （NBD-EH）∶x （NaOH）＝1∶5∶1（摩爾比）。

清垢劑PVT x （DMH）∶x （NBD-EH）∶x （NaOH）＝1∶4∶1 （摩爾比）。

1.4 清垢劑的清垢效率測定方法

試驗采用失重法，取20mL清垢試劑，加入含有一定量碳酸鈣粉末的懸濁液于錐形瓶中，加入現(xiàn)場地層水，使得最終溶液為100mL，用高濃度的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值，將錐形瓶放入已調(diào)好溫度的恒溫水浴鍋 （錐形瓶中加入磁力攪拌器）中恒溫攪拌24h，取出錐形瓶，冷卻至室溫，加壓抽濾后放入烘箱中，完全干燥后稱取剩余碳酸鈣固體的質(zhì)量，計算清垢效率，評價溫度、pH值以及清垢劑質(zhì)量對碳酸鈣垢清除效果的影響，篩選出最佳系列的清垢劑以及最優(yōu)的清垢條件。

2 清垢劑SCB和清垢劑PVT的清垢性能評價

2.1 影響清垢劑效果的因素研究

2．1．1 溫度對清垢劑清垢效果的影響

由圖1中可以明顯看出，隨著溫度的不斷升高，清垢劑SCB和清垢劑PVT的清垢效果不斷增加。當(dāng)溫度升高到60℃時，清垢劑SCB的清垢率達(dá)到最大；而溫度升高到80℃時，清垢劑PVT的清垢率達(dá)到最大且比清垢劑SCB的清垢效率大很多。因此在油田施工中，可以優(yōu)先考慮清垢劑PVT比較合理。

2．1．2 pH值對清垢劑清垢效果的影響

圖1 溫度對清垢劑清垢效果的影響

由圖2可以得出，介質(zhì)的pH值對清垢劑SCB和清垢劑PVT的清垢效果的影響趨勢是有差異的。隨著pH值的升高，清垢劑SCB的清垢率在不斷增加，當(dāng)pH值為12時達(dá)到最大清垢率；清垢劑PVT的清垢率隨著pH值的升高，開始時基本不變后來逐漸下降。綜合油田現(xiàn)場施工情況 （主要為堿性）和試驗?zāi)康?，清垢劑SCB的適應(yīng)性較強。

2．1．3 DMA、DMH的質(zhì)量對清垢劑清垢效果的影響

由圖3可以看出，清垢劑SCB中DMA和清垢劑PVT中DMH的質(zhì)量對二者清垢率影響的趨勢大致相同。當(dāng)DMA用量為6．000g左右時，清垢劑SCB的清垢率達(dá)到最大；當(dāng)DMH的用量為8．000g左右時，清垢劑PVT的清垢率達(dá)到最大且小于清垢劑SCB清垢率的最大值。因此，從試驗?zāi)康暮徒?jīng)濟效益兩方面考慮，清垢劑SCB的清垢性能明顯優(yōu)于清垢劑PVT。

圖2 pH值對清垢劑清垢效果的影響

2.2 各因素的綜合評價

通過比較清垢劑SCB和清垢劑PVT，當(dāng)二者同時處在最佳清垢條件下時，清垢劑SCB的清垢效果較好。為了進(jìn)一步考察溫度、DMA的質(zhì)量和pH值對清垢劑SCB清垢率的影響，篩選出最佳的清垢條件，設(shè)計3因素5水平正交試驗對反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化 （表1）。

試驗結(jié)果見表2，隨著反應(yīng)溫度、各反應(yīng)物配比及反應(yīng)介質(zhì)的pH值的不同，清垢效率隨之發(fā)生變化。在正交試驗中，按試驗20即A4B5C3條件下，在堿性介質(zhì)中，反應(yīng)時間為24h，其清垢效率為47．77%，此時清垢效果最好。但根據(jù)極差分析 （表3）可知，A4B5C2為可能的最好水平組合，在相同條件下，由試驗測定的清垢效率為52．61%。因此確定A4B5C2為最佳清垢條件，即反應(yīng)溫度80℃，pH值為9，DMA的質(zhì)量為8．0000g，反應(yīng)時間為24h。

根據(jù)極差分析，反應(yīng)溫度和DMA質(zhì)量對SCB的清垢效果影響程度最大，各因素影響清垢劑性能優(yōu)劣的主次順序為：反應(yīng)溫度＞DMA質(zhì)量＞pH值。

圖3 DMA和DMH質(zhì)量對清垢劑清垢效果的影響

表1 正交試驗影響因素及因素水平取值

表2 正交試驗設(shè)計表（35）及結(jié)果分析

表2 正交試驗設(shè)計表（35）及結(jié)果分析

試驗編號A B C A B C溫度／℃DMA質(zhì)量／g pH值清垢率／%試驗編號 溫度／℃DMA質(zhì)量／g pH值清垢率／%1 20 2 8 12．23 14 60 7 8 34．37 2 20 4 9 13．62 15 60 8 9 36．06 3 20 6 10 16．74 16 80 2 11 16．92 4 20 7 11 15．59 17 80 4 12 20．71 5 20 8 12 14．76 18 80 6 8 35．98 6 40 2 9 15．34 19 80 7 9 45．19 7 40 4 10 19．02 20 80 8 10 47．77 8 40 6 11 32．07 21 100 2 12 14．45 9 40 7 12 33．26 22 100 4 8 21．73 10 40 8 8 34．37 23 100 6 9 30．78 11 60 2 10 15．96 24 100 7 10 36．76 12 60 4 11 19．45 25 100 8 11 38．57 13 60 6 12 37．43

表3 各因素對清垢率影響的正交試驗結(jié)果極差分析

3 結(jié)論

以清除碳酸鈣垢為主要目的，系統(tǒng)地研究了清垢劑SCB和清垢劑PVT及其清垢效果，并結(jié)合油田現(xiàn)場施工情況對其性能加以研究分析，得到如下結(jié)論：

1）比較了清垢劑SCB和清垢劑PVT的清垢效果，表明當(dāng)二者同時處在最佳清垢條件下時，清垢劑SCB在油田和其他工藝生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍更加寬泛。

2）通過正交試驗研究了清垢劑SCB制備過程中各因素對其清垢性能的影響，且影響清垢劑清垢性能的主次順序為：反應(yīng)溫度＞DMA質(zhì)量＞pH值。最佳清垢條件為：反應(yīng)溫度80℃、pH值9、DMA質(zhì)量8．000g、反應(yīng)時間24h。該條件下的清垢效率最高。

本文屬 “非常規(guī)油氣湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心項目基金”資助課題。

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