二氧化氯復合解堵劑的解堵機理及性能評價

劉丹 馬俊超 梁媛 張娜 吳海霞（河北科技大學，河北 石家莊 050000）

二氧化氯復合解堵劑的解堵機理及性能評價

劉丹 馬俊超 梁媛 張娜 吳海霞（河北科技大學，河北 石家莊 050000）

二氧化氯復合解堵劑是一種新型的油井解堵劑，具有很強的氧化降解聚合物、殺滅微生物菌體和溶蝕硫化物的能力，可對原油采出通道起到解堵作用。本文介紹了二氧化氯的性質(zhì)及解堵機理，并通過降粘實驗、緩蝕實驗和殺菌實驗對其進行性能評價。

二氧化氯;解堵劑;性能;評價

目前，我國90%以上油田均已進入三次采油階段[1]，過程中引入的高聚物、微生物以及硫化物等均可對地層形成傷害，造成原油采出通道堵塞，導致油井減產(chǎn)或停產(chǎn)[2]，因此，保證原油采出通道暢通成了采油工程的重要環(huán)節(jié)[3]。本文涉及的二氧化氯復合解堵劑以二氧化氯為主要成分，并添加了緩釋劑、緩蝕劑等輔料。

1 二氧化氯的性質(zhì)

二氧化氯分子式為ClO2，在常溫下是一種黃綠色到橙色的氣體，氧化性強，是目前被世界公認的安全、高效、強力殺菌消毒劑，其安全性已得到美國食品藥物管理局、世界衛(wèi)生組織和美國環(huán)境保護署等的長期實驗確認，被美國、日本、德國等許多國家評為最安全消毒劑。

2 二氧化氯復合解堵劑的解堵機理

2.1 解堵聚合物的機理

二氧化氯復合解堵技術(shù)利用ClO2的強氧化作用，激發(fā)聚合物上的不活潑氫，通過脫氫反應(yīng)，生成不穩(wěn)定的羥基取代中間體，并發(fā)生開環(huán)裂解，使聚合物的分子結(jié)構(gòu)由長鏈變短鏈，粘度大幅度下降，易于從地層排出，從而解除聚合物對地層的堵塞。

2.2 解堵生物菌機理

二氧化氯分子的外層鍵域有一個未成對的自由電子，對細菌的細胞壁有強烈的吸附與穿透能力，可破壞細菌衣殼上蛋白質(zhì)中的酪氨酸，抑制細菌特異吸附，可有效地氧化細胞壁內(nèi)的酶，分解細胞蛋白質(zhì)的氨基酸，導致酞鍵斷裂，從而殺滅地層和注水系統(tǒng)中存在的硫酸鹽還原菌、腐生菌、鐵細菌和藻類，解除細菌的代謝作用，從而解除了細菌堵塞油層的危害[5]。

2.3 解堵FeS機理[5]

盡管在酸化時，F(xiàn)eS遇鹽酸也能溶解，但因反應(yīng)速度快，酸濃度急劇下降，當殘酸的pH值大于2時，F(xiàn)eS又重新沉淀，主要是Fe2+反應(yīng)生成FeS重復堵塞油層，反應(yīng)方程式如下；

ClO2可在很寬的pH值(2-10)范圍內(nèi)與FeS、H2S迅速反應(yīng)，將S2-氧化成SO42-，避免了FeS的二次沉淀、同時生成H+、使酸液的pH值上升速度減緩、防止Fe(OH)2和Fe(OH)3膠體形成而堵塞油層。二氧化氯還可以將Fe2+氧化成Fe3+，由于Fe3+沉淀比Fe2+沉淀需要更高的pH值，會減緩Fe2+的二次沉淀，反應(yīng)方程式如下：

FeS一旦被氧化生成可溶性鹽類，污垢或堵塞物中的其它組分就失去在巖石或管道上的附著能力而容易被排出。

3 二氧化氯復合解堵劑的性能評價

3.1 降粘實驗（60℃）

以聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鉀、羧甲基纖維素鈉作為降粘基準物，配制成濃度為2%溶液，取200ml降粘基準物溶液，分別加入200ml水和200ml二氧化氯復合解堵劑溶液，然后將其放入60℃的水浴中，2小時后用旋轉(zhuǎn)粘度儀測其粘度，計算其降粘率R。實驗結(jié)果顯示，二氧化氯復合解堵劑對以聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鉀、羧甲基纖維素鈉為代表的降粘基準物的降解效果明顯，降粘徹底，降粘率均高于99%。

3.2 緩蝕試驗

二氧化氯溶液對金屬有腐蝕性，二氧化氯復合解堵劑中加入了緩蝕劑來減緩其腐蝕，本實驗采用靜態(tài)失重法測定二氧化氯復合解堵劑和二氧化氯溶液的腐蝕度（材質(zhì)為碳鋼，S=28cm2操，作條件：45℃，不避光，封口），實驗結(jié)果顯示，未加緩蝕劑的二氧化氯溶液腐蝕度高，腐蝕率0.57mm·a-1，為嚴重腐蝕；二氧化氯復合解堵劑腐蝕度較低，腐蝕率0.087mm·a-1，為輕度腐蝕。

3.3 殺菌實驗

二氧化氯具有強氧化性，是一種廣譜型殺菌劑。本實驗采用絕跡釋法測定二氧化氯復合解堵劑對硫酸鹽還原菌及腐生菌的殺菌效果，結(jié)果見表1、

表1 二氧化氯復合解堵劑對硫酸鹽還原菌的殺菌效果

實驗結(jié)果顯示，二氧化氯復合解堵劑在15分鐘內(nèi)可將硫酸鹽還原菌全部殺死，二氧化氯復合解堵劑在5分鐘內(nèi)可將腐生菌全部殺死，腐生菌比硫酸鹽還原菌更容易被殺死。

4 結(jié)語

（1）二氧化氯復合解堵劑是一種強氧化劑，利用其強氧化性，不僅能夠解除油井的聚合物、FeS的堵塞，還能殺硫酸鹽還原菌、腐生菌、鐵細菌和藻類。

（2）通過降粘實驗、緩蝕實驗和殺菌實驗驗證，二氧化氯復合解堵劑對聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鉀、羧甲基纖維素鈉形成的堵塞物降解效果良好，降粘后溶液粘度大大降低；二氧化氯復合解堵劑溶液對碳鋼的腐蝕為輕度腐蝕，能夠應(yīng)用到碳鋼管路上；二氧化氯復合解堵劑短時間內(nèi)可有效殺滅硫酸鹽還原菌和腐生菌，殺菌效果良好。

[1]樊世忠,王彬.二氧化氯解堵技術(shù).鉆井液與完井液,2005, 22:113.

[2]黃溢誼.油井化學解堵決策技術(shù)研究與應(yīng)用.中國地質(zhì)大學,2006,177～179.

[3]羅明輝,李運福,王文軍等.大慶油田注聚井壓裂解堵工藝技術(shù).石油鉆采工藝,2004,24(1):61～65.