缓释型固体油井防垢剂的研制及应用

1 实验

1.1 基础防垢剂HG-1的筛选

首先选择鄯善油田采出水(S4-231)，对8种防垢剂在80℃下进行防垢评价筛选。实验条件为：温度80℃，恒温时间12 h，防垢剂加量20 mg·L-1。再考察其中防垢率最高的HG-1防垢剂在不同加量下对其它几种采出水的防垢效果。实验条件为：温度80℃，恒温时间12 h。以确认该防垢剂可用作基础防垢剂。

1.2 固体防垢剂SQJ-1的制备[2]

在防垢剂HG-1中加入固化剂树脂OP，然后添加适量的增效剂、表面活性剂、粘合剂，充分混合均匀后装入模具(图1)置于烘箱中，高温加热一定时间，冷却，脱模，制成缓释型固体防垢剂[3]，命名为SQJ-1。制成的防垢剂SQJ-1为乳白色实心圆柱体，密度(20℃)为1.4～1.6 g·cm-3，软化点≥140℃，有效成分含量≥56%，采出水中加量为40 mg·L-1时防垢率≥97%。

图1 固体防垢剂SQJ-1制备模具

1.3 固体防垢剂SQJ-1缓释性能研究

图2 固体防垢剂SQJ-1溶解性实验模具

利用特定模具(图2)，采用静态溶解法和动态溶解法(流体流速为0.3 m·s-1)评价固体防垢剂SQJ-1在水中不同温度下的缓释性能。以溶解时间为横坐标、固体防垢剂的累积溶出率为纵坐标绘制曲线。当溶出率稳定后，固体防垢剂的累积溶出率与时间基本呈直线关系。因此，通过计算直线段的斜率(如果曲线不为直线，可利用最小二乘法对实验结果进行直线回归，计算出回归直线段的斜率)，就可计算出固体防垢剂中剩余的防垢剂完全溶解所需的时间，加上防垢剂之前已溶解的时间，即为固体防垢剂的有效使用时间。同理，在实验温度为50℃的条件下，采用动态溶解法评价固体防垢剂SQJ-1在不同油水比下的溶解性能。

1.4 防垢性能评价[4]

参照石油天然气行业标准《油田用防垢剂性能评价方法》(SY/T 5673-93)中的成垢离子测定法评价防垢剂防垢性能。防垢率(A)依下式计算：

式中：V0为加热实验前测定采出水总Ca2+、Mg2+耗用EDTA体积，mL；V1为未加防垢剂时采出水加热实验后总Ca2+、Mg2+耗用EDTA体积，mL；V2为加防垢剂时采出水加热实验后总Ca2+、Mg2+耗用EDTA体积，mL。

2 结果与讨论

2.1 鄯善油田水样矿化组成(表1)及油井结垢原因分析

表1 鄯善油田水样矿化组成

2.2 基础防垢剂HG-1的筛选

2.2.1 不同防垢剂的防垢率(表2)

表2 不同防垢剂的防垢率

由表2可知，8种防垢剂中HG-1对S4-231采出水的防垢效果最好，防垢率为95.94%。

2.2.2 防垢剂HG-1加量对防垢效果的影响(表3)

由表3可知，防垢剂HG-1能有效防止鄯善油田采出水结垢，当防垢剂HG-1加量为40 mg·L-1时，对采出水的防垢率已达97%以上，最高可达99.72%，防垢效果良好。因此，确定防垢剂HG-1作为基础防垢剂来制备油井固体防垢剂。

表3 防垢剂HG-1在不同加量下的防垢率/%

2.3 固体防垢剂SQJ-1的缓释性能

2.3.1 固体防垢剂SQJ-1在水中的缓释性能(表4)

表4 不同温度下固体防垢剂SQJ-1在水中 的有效使用时间

由表4可知，随着温度的升高，固体防垢剂SQJ-1的有效使用时间相应缩短；其动态下的溶解速度比静态下的溶解速度快，有效使用时间相对更短。总体而言，固体防垢剂SQJ-1适合50～80℃以下井温使用,满足鄯善油田油井温度要求。

2.3.2 固体防垢剂SQJ-1在不同油水比下的缓释性能(表5)

表5 固体防垢剂SQJ-1在不同油水比下的有效使用时间

由表5可以看出，随着含水量的升高，固体防垢剂SQJ-1的有效使用时间相应缩短，表明固体防垢剂SQJ-1更适合含水量较高的油井，适合鄯善油田含水量高的特点。

2.4 释放机理探讨

缓释型固体防垢剂的释放大致可以分为两个阶段：速释阶段和缓释阶段。首先是最外层的防垢剂与介质直接接触溶解进入介质中，然后处于表层的固化剂、防垢剂依次溶解，导致表层骨架材料相互之间的结合力下降，使得部分骨架材料溶解分散为小颗粒，因而造成表层骨架材料的溶蚀。随着扩散路径的增大，固化剂溶解的速率越来越慢，表层骨架材料的溶蚀和防垢剂的释放速率也逐步减缓直至达到稳定释放状态[5]。

2.5 固体防垢剂SQJ-1的现场应用

固体防垢剂SQJ-1在鄯善油田电潜泵应用13井次,有杆泵应用7井次,其中已起管柱观察的12井次中有效井11口、无效井1口，有效率88.8%；没有起管柱观察的9井次中有效井9口,有效率100%；平均有效率为95%。SQJ-1有效抑制了结垢的产生,均延长电潜泵检泵周期270 d、有杆泵检泵周期129 d。截至2009年9月底,已累计增产原油613 t,减少16作业井次,按原油价格3000元·t-1、作业费2.3万元·井次-1计算,共创产值147.1万元,扣除项目投入33万元,净创产值124.1万元,投入产出比达1∶6.7,取得了良好的经济效益。

3 结论

(1)采用高温熔融法制备的缓释型固体防垢剂SQJ-1为乳白色实心圆柱体，密度(20℃)为1.4～1.6 g·cm-3，软化点≥140℃，有效成分含量≥56%，采出水中加量达到40 mg·L-1时防垢率≥97%。

(2)油水比对缓释型固体防垢剂SQJ-1的释放速率有一定的影响，且油水比越小，其缓释效果越好。

(3)现场应用表明，固体防垢剂SQJ-1有效率为95%，有效使用时间最长达192 d，具有投加工艺简单、防垢剂缓慢释放、防垢有效期长、防垢效果好的特点，能有效防止鄯善油田采出水结垢，值得应用和推广。

参考文献：

[1] 朱义吾.油田开发中的结垢机理及其防治技术[M].西安：陕西科学技术出版社，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] 陈复.水处理技术及药剂大全[M].北京：中国石化出版社，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.