海上某油田新型井下防垢剂的合成与性能评价

钟 铮，陆 原，李冬宁，戴俊峰，呼文财

（中海油（天津）油田化工有限公司，天津 300452）

油井在开采过程中，由于受到温度、压力、水分等因素影响，在井底、油管和井筒等部位可能会发生结垢[1]。结垢除了会发生在油田集输系统，造成管线堵塞，设备利用空间降低；也会发生在地层中，致使油层物性变差，流动性降低，影响油田开发开采[2]。油井一般结垢的主要类型是碳酸盐垢，还可能混有一定的其他类型的结垢情况[3]，为缓解油井结垢，一般情况下，往井下加注防垢剂。

海上某油田所属平台开展修井作业时发现单井油管结垢比较严重，且存在钡锶垢结垢的情况，在二次完井后药剂管线下入深度较深且所处环境温度较高，常规防垢剂无法承受如此高的温度，因此无法实现药剂井下加注。为缓解现场油管结垢风险，协助油田现场稳定油井产出，结合单井现场水分析情况，室内开发了能针对钡锶垢且耐高温的新型防垢剂F35，并开展针对性的防垢剂室内评价实验。

1 实验部分

1.1 实验药剂与仪器

实验药剂及相关：油田单井地层水、HPA（丙烯酸羟丙酯）、AA（丙烯酸）、AMPS（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）、过硫酸铵水溶液、多元醇磷酸酯、非离子油酸基咪唑啉聚醚、聚环氧琥珀酸钠、乙二醇、亚硫酸钠、去离子水、乙二胺四乙酸二钠（EDTA）、指示剂、无水乙醇。

实验仪器：温度计、五口烧瓶、MS204S 型电子分析天平、SH23-2 型恒温磁力搅拌器、W-O 型电热数显恒温水浴锅、S212 型恒速搅拌器、UF110 型电热恒温鼓风干燥箱、电感耦合等离子光谱仪（ICP）、DJP-20-I 型动态结垢评价仪。

1.2 新型防钡锶耐高温防垢剂的合成

以过硫酸铵为引发剂，通过水溶液聚合的方法，合成了水溶性的HPA（丙烯酸羟丙酯）/AA（丙烯酸）/AMPS（2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸）共聚物。在装有电动搅拌器、回流冷凝管、温度计和恒压漏斗的250 mL 五口烧瓶中，加入HPA、3%单体总质量的亚硫酸钠和去离子水，加热使之溶解，于50～90 ℃分别滴加摩尔比为4：1 的AA 和AMPS，以及单体总质量1.6%的过硫酸铵水溶液，滴加完毕后，在80～90 ℃下进行聚合反应，得到淡黄色透明共聚物。取此共聚物，加入10%多元醇磷酸酯、5%非离子油酸基咪唑啉聚醚、25%乙二醇、10%聚环氧琥珀酸钠复合而成新型防钡锶耐高温防垢剂F35，该药剂为棕红色液体，pH 约3，密度约为1.15 g/cm3。

1.3 防垢剂评价方法

1.3.1 静态结垢分析 按照实验条件，取相应的100 mL实验介质加入高压不锈钢罐中，加入一定浓度防垢剂，加热至实验温度，恒温24 h 以上待温度冷却，观察比色管内介质结垢情况，若有结垢，将介质摇匀后过滤，进行滴定实验，滴定实验参考GB7476-87《水质 钙的测定EDTA 滴定法》[4]；此外采用电感耦合等离子光谱仪测定钡锶含量。

1.3.2 动态环道评价 结合现场实际工况，对防垢剂开展动态环道评价，分析不同药剂在动态条件下结垢情况。

1.3.3 流动性实验 结合现场实际工况，对防垢剂开展黏度曲线测定，分析不同药剂的黏度随温度变化而变化的情况。

2 结果与讨论

2.1 静态结垢防垢率测定

参照1.3.1 实验方法，针对单井1#先开展防垢率测定，加注浓度200 mg/L，温度130 ℃，实验结果（见表1）；然后结合防垢率情况，筛选防垢率较高的样品，针对单井2#继续开展防垢率测定，实验结果（见表2）。

表1 130 ℃时单井1#防垢剂性能评价记录表（实验时间：24小时/次）

表2 130 ℃时单井2#防垢剂性能评价记录表（实验时间：24小时/次）

由表1 可知，在实验条件下针对单井1#，F07A，F302，FGW100，F35，FGW104防垢率较高，均大于80%，其中F35 效果最佳；继续针对单井2#开展验证，由表2 可知，F35、FGW104、F07A 效果更好，防垢剂均达到85%以上，其中F35 效果最佳。

由于单井地层水存在钡锶垢，且单井1#钡锶垢更加明显，结合以上实验结果，重点针对1#进行钡锶防垢率测定，实验结果（见表3）。

表3 130 ℃时单井1#防垢剂性能评价（针对钡锶）记录表（实验时间：24小时/次）

由表3 可知，针对钡锶垢，FGW100 效果明显较差，其他样品效果相对较好，其中新型防垢剂F35 防垢效果最为突出，针对钡锶防垢率分别达到83.26%和95.23%。

2.2 动态环道评价

结合以上多组静态结垢防垢率评价，针对效果相对较好的F302，F07A，F35，FGW104 继续开展动态环道实验评价（见表4）。

表4 动态环道评价实验结果

由表4 可知，通过动态环道实验，新型防垢剂F35效果最佳。

2.3 流动性实验

结合现场实际工况，为了保证药剂在现场顺利使用，室内对F35，FGW104，F07A 和F302 进行了黏温曲线的测定，因液体的流动性受压力的影响较小，所以在流动性实验中只测定了药剂黏度随温度的变化趋势（见表5）。

由表5 可知，随着温度的升高，四种防垢剂的运动黏度均逐渐降低，所以在井下130 ℃左右的温度时，防垢剂的流动性很好，不会影响井下加药的流动性；而随着温度的下降药剂的黏度会逐渐升高，防垢剂在-10 ℃左右时，黏度不高，因此在低温时也不影响它的储存使用。

表5 所选防垢剂黏温变化情况 单位：mPa·s

3 结论

（1）针对海上某油田单井结垢，特别是存在钡锶垢的情况，室内针对性地合成了一种新型耐高温且可防钡锶垢的防垢剂F35。

（2）通过防垢剂的静态结垢、动态环道以及流动性评价实验表明，新型防垢剂F35 对钙垢、钡锶垢均有良好的防垢效果，在200 mg/L 加注浓度时对钙防垢率达到90%以上，对钡防垢率达到80%以上，对锶防垢率达到95%以上，且适用于井下130 ℃高温环境下加注，对该油田单井具有良好的防垢效果。

（3）该耐高温且可防钡锶的新型防垢剂的成功研制，对其他油田相关工况防垢剂的筛选有一定借鉴作用。