文档介绍：油井硫酸钙除垢剂配方研究与应用
摘要:油田注水开发中后期,对应生产油井普遍存在结垢现象,结垢严重油井常常因结垢造成泵卡、停产,影响生产,增大开发成本。据统计分析胶结物中,都不同程度地存在有石膏,在生产过程中,石膏会从地层胶结物中定的络合物,促进硫酸钙分子中的钙离子的电离,实现对硫酸钙的溶解,同时加入分散剂可通过分散作用或晶格畸变作用,使沉淀悬浮于水中,加速了硫酸钙的溶解,可以与管柱快速分离,可大大增加溶垢剂与垢接触面积,加快除垢速度。
2. 1 螯合剂除垢机理
螯合剂(L)可以与 Ca2 +形成1:1 的络合物。通过螯合剂与钙离子螯合反应,结合成比硫酸钙更加稳定的易溶于水的络合物,促进硫酸鈣分子中的钙离子的电离,实现对硫酸钙的溶解。与成垢金属离子形成的螯合物稳定常数愈大,垢的溶解量愈大。用螯合剂(L)溶解硫酸钙垢(CaSO 4)时,当溶垢剂液相和硫酸钙固相达成溶解-沉淀动态平衡后,由于钙垢在水中的溶解度相对较大,在螯合剂中的溶解量与螯合剂浓度呈严格的正比关系。因而在实际应用中,为提高除垢效率可以在经济范围内尽可能提高螯合剂的使用浓度。
2. 2 螯合剂的筛选
2. 2. 1 EDTA 除垢剂。应用 18%~30%(质量分数)EDTA(酸或二钠盐)有效地清除 CaSO 4 垢,作用机理与清除CaCO3 垢相同。对于 CaSO4 垢,清除效率在于破坏垢的骨架,使之悬浮或溶解在水中。CaSO 4 的溶解度非常低,如果加入另外一种阳离子或阴离子络合剂,则可使CaSO 4 转变为其它溶解度大得多的 Ca 2 + 盐,当CaSO 4 转化为 EDTA 二钠钙盐时,可使其溶解度提高到 180 倍以上。阴离子型 EDTA 二钠盐与硫酸钙的反应,正是通过络合作用来实现的。EDTA 的正离子有6 个活性位置,化合价可达 -4 价,它和 Ca 2 + 络合的反应产物反应,Ca 2 + 占据 EDTA 的 4 个活性位置。
2. 2. 2 有机膦酸盐防垢剂
清除油田垢,除常用的乙二***四乙酸衍生物外,还可以用 ATMP、EDTMP、HEDP、HPMA 等常用防垢剂。膦酸盐能把产生沉淀的金属离子(阳离子)变成可溶性的螯合离子或络合离子,从而抑制阳离子(如Ca 2 +、Mg 2 +、Ba 2 +)和阴离子结合产生沉淀。
2. 3 螯合剂的确定
根据油田实际状况,由于 EDTA 价格高、除垢过程影响因素较多,经过研究决定选用价格相对较低,且溶垢率较高的膦酸盐来清除硫酸钙垢。通过螯合剂比研究,选用膦酸盐 HEDP 作为硫酸钙垢的除垢剂用螯合剂。HEDP 的防垢性能主要是由于它具有良好的螯合性能。HEDP 在水溶液中能离解成 H+和酸根负离子。负离子及分子中的氧原子可以与许多金属离子生成稳定的螯合物。由 HEDP 与金属离子形成的六元环螯合物具有相当稳定的结构。常用的膦酸盐与金属离子形成螯合物的稳定常数。稳定常数越高,防垢性能越好。
2. 3. 1 螯合剂 HEDP 加量优选。配制5%、10%、15%、20%、25% HEDP 的螯合剂水溶液100 mL,分别加入3 g 左右硫酸钙垢,调整 pH 到8,放入水浴锅,恒温 50 ℃,每隔4 h,取出晾干称量,记录仍呈固态的硫酸钙垢的质量变化,观察除垢效果。