緩釋型固體油井防垢劑的研制及應(yīng)用

1 實驗

1.1 基礎(chǔ)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(jìn)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(rèn)該防垢劑可用作基礎(chǔ)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?zāi)＞?/p>

利用特定模具(圖2)，采用靜態(tài)溶解法和動態(tài)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(biāo)、固體防垢劑的累積溶出率為縱坐標(biāo)繪制曲線。當(dāng)溶出率穩(wěn)定后，固體防垢劑的累積溶出率與時間基本呈直線關(guān)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(jié)果進(jìn)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(tài)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)《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(jié)果與討論

2.1 鄯善油田水樣礦化組成(表1)及油井結(jié)垢原因分析

表1 鄯善油田水樣礦化組成

2.2 基礎(chǔ)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(jié)垢，當(dāng)防垢劑HG-1加量為40 mg·L-1時，對采出水的防垢率已達(dá)97%以上，最高可達(dá)99.72%，防垢效果良好。因此，確定防垢劑HG-1作為基礎(chǔ)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(yīng)縮短；其動態(tài)下的溶解速度比靜態(tài)下的溶解速度快，有效使用時間相對更短?？傮w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(yīng)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(jī)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(zhì)直接接觸溶解進(jìn)入介質(zhì)中，然后處于表層的固化劑、防垢劑依次溶解，導(dǎo)致表層骨架材料相互之間的結(jié)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(kuò)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(dá)到穩(wěn)定釋放狀態(tài)[5]。

2.5 固體防垢劑SQJ-1的現(xiàn)場應(yīng)用

固體防垢劑SQJ-1在鄯善油田電潛泵應(yīng)用13井次,有桿泵應(yīng)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(jié)垢的產(chǎn)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(chǎn)原油613 t,減少16作業(yè)井次,按原油價格3000元·t-1、作業(yè)費2.3萬元·井次-1計算,共創(chuàng)產(chǎn)值147.1萬元,扣除項目投入33萬元,凈創(chuàng)產(chǎn)值124.1萬元,投入產(chǎn)出比達(dá)1∶6.7,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)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(dá)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(xiàn)場應(yīng)用表明，固體防垢劑SQJ-1有效率為95%，有效使用時間最長達(dá)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(jié)垢，值得應(yīng)用和推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1] 朱義吾.油田開發(fā)中的結(jié)垢機(jī)理及其防治技術(shù)[M].西安：陜西科學(xué)技術(shù)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(fù).水處理技術(shù)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.