堿性條件下硅結(jié)垢機(jī)理及防垢措施研究

劉銳（東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318）

堿性條件下硅結(jié)垢機(jī)理及防垢措施研究

劉銳（東北石油大學(xué)石油工程學(xué)院， 黑龍江 大慶 163318）

在油氣田開發(fā)工程中，三元復(fù)合驅(qū)中的硅垢形成問題，是目前科研項(xiàng)目中需著重解決的問題之一，本文列出了硅垢的形成機(jī)理，硅垢形成后對地下油氣層的影響及開采設(shè)施的危害，并列舉了目前常用的抑垢措施，提出了未來防垢領(lǐng)域的發(fā)展方向。

油田；硅垢；防垢

隨著石油儲量的日益匱乏，用三元復(fù)合液驅(qū)油已經(jīng)成為采油工程中主要的驅(qū)油方式，然而復(fù)合液中的堿性成分與油藏中的一些巖石礦物質(zhì)極易發(fā)生反應(yīng)，并且打破地層中原有的離子平衡。當(dāng)混合溶液被采出，上升到井口附近時(shí)，由于溫度和壓力都與井下不同，所以此時(shí)易發(fā)生混流，混流的形成易導(dǎo)致混合垢的形成，混合垢的成分大多是硅酸鹽。因而，容易造成井下流通不暢，嚴(yán)重時(shí)會發(fā)生卡泵等問題。為避免這種情況，或?qū)l(fā)生幾率降到最小，對堿性作用下硅結(jié)垢機(jī)理及防垢措施進(jìn)行了研究。

1 硅垢的形成機(jī)理

地殼中的巖石，組分非常復(fù)雜，由不同性質(zhì)的化學(xué)及物理組分組成，因而造成了溶解度不同這一特點(diǎn)。地下礦物質(zhì)組成成分多為含Al、Mg元素的硅酸類沉淀物。所以在采出后，混合液中含有豐富的鹽類化合物，Na、K、Mg、Ca、Fe的化合物比較多見。

三元復(fù)合驅(qū)油過程中，首先，混合溶液中的堿與巖石礦物發(fā)生反應(yīng)，把固體形式的鈣、鎂化合物，轉(zhuǎn)變成離子形式的鈣、鎂離子，又與地層中的二價(jià)陰離子（OH-、CO32-）形成鈣、鎂的氫氧化物及碳酸物沉淀。其次，這些陽離子又與被堿化時(shí)產(chǎn)生的陰離子（SiO32-、AlO2

-）形成硅酸鹽沉淀。隨著流體的運(yùn)移，這些固體沉淀極易滯留在采油設(shè)備的各個(gè)表面上，久而久之，變成了垢，就是硅垢。

采出液中的硅酸鹽以不同的形式存在，這與環(huán)境的酸堿性有很大關(guān)系。當(dāng)環(huán)境接近中性時(shí)，大多以Si（OH）4的形式存在；當(dāng)環(huán)境為偏酸性時(shí)，硅離子很少與OH-結(jié)合；當(dāng)環(huán)境為偏堿性時(shí)，大部分以Si（OH）3形式存在；當(dāng)環(huán)境為強(qiáng)堿性時(shí)，硅離子將變成Si（OH）2。

硅垢的存在，不僅會使油層及井下系統(tǒng)存在阻塞的危險(xiǎn)，如果大量的聚集于表面上，它對采油系統(tǒng)的靈敏度、準(zhǔn)確度以及設(shè)備的壽命方面都會造成影響，所以硅垢的防治意義重大。

2 硅垢防治法

地殼中的含硅量大概在26.30%左右，僅次于氧的含量，在三元復(fù)合液驅(qū)油過程中，由于堿和聚合物的作用，運(yùn)行期間必然會隨復(fù)合液的流動攜帶大量的硅元素，流經(jīng)之處，都有附著之上成垢的可能性，硅垢的聚集，會對整個(gè)井下系統(tǒng)造成影響，而且井下系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修起來很麻煩。因此，結(jié)垢的防治問題是重中之重，不可回避。

2.1 化學(xué)法防垢

就是在注入復(fù)合液采油之前，將特殊化學(xué)物質(zhì)（防垢劑）混摻到復(fù)合液中，來達(dá)到防止硅垢過早形成的目的。其原理：后推硅垢形成的最初時(shí)間，使析出物以懸浮狀態(tài)存在，盡量使自由的硅離子及已經(jīng)沉淀的硅化物在流出系統(tǒng)之后才開始成垢，在系統(tǒng)內(nèi)時(shí)都是以溶液或懸浮物的形式存在，避免其成垢，很大程度的抑制了硅垢的形成。

在目前的科研開發(fā)中，非常重視對防垢劑的研發(fā)，最常見的有以下四種類型的防垢劑。

（1）胺類聚合物 胺類聚合物防垢劑上的胺基可與SiO2表面大量的硅羥基Si—OH形成氫鍵、靜電鍵或偶極鍵作用，產(chǎn)生有效的吸附，從而改變SiO2的生長過程，達(dá)到阻硅效果。

（2）羧酸類聚合物 羧酸類聚合物防垢劑中的羧基官能團(tuán)通過氫鍵相互作用與硅酸分子發(fā)生鍵接，被鏈接的硅酸分子很難再與其他硅酸分子形成較大的硅酸膠團(tuán)。

（3）磺酸類聚合物 磺酸類聚合物防垢劑含有強(qiáng)電離的磺酸基團(tuán)，可強(qiáng)烈吸附溶液中的Ca2+、Mg2+等陽離子，抑制鈣凝膠，分散SiO2，能耐高溫。

（4）醚類聚合物 醚類聚合物防垢劑的分子中引入了醚鍵，親水性能更優(yōu)越，能同時(shí)阻止碳酸鈣垢及磷酸鈣垢，具有很高的鈣容忍度，阻垢能力優(yōu)于有機(jī)膦酸，對阻硅垢也十分有效。

2.2 物理法防垢

就是通過物理學(xué)方面的預(yù)處理工藝來降低硅的濃度，從而防止硅垢的沉積，目前主要有混凝脫硅、超濾脫硅、電凝聚脫硅、離子交換脫硅及氣浮脫硅等方法

3 結(jié)語

目前，大多數(shù)油田常用加入防垢劑的方式，來延緩結(jié)垢時(shí)間或抑制硅垢的形成，但就現(xiàn)有水平來看，研制的防垢劑大多對鈣鎂垢的防治效果較為明顯，對硅垢的作用偏小，所以在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，應(yīng)更加注重硅的防治，研發(fā)出更具有針對性的防垢劑及防垢措施，而國外對這方面的研究相對較為成熟，我們應(yīng)多借鑒，達(dá)到更高水平的研究成果，解決油氣田生產(chǎn)開發(fā)中的這一難題。

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