化学除垢剂的研究

化学除垢剂的研究

近年来，随着中国经济的快速发展，对石油的需求也在不断增加。中国大部分油田进入了开发阶段的中后期，供水技术在上述生产过程中得到了广泛应用。原油产量减少的重要因素是油气田内压力、温度等因素的变化以及水的热力学不稳定性和化学不相容性，导致油气田结垢。由于石油产量的下降和注水压力的增加，油井的生产已经停止，对油田生产造成了无法修复的损害。当注水注入地层与地层水混合时，由于两者不相容，会产生无机垢。在温度、灵巧度、pH值等条件改变时，液体易沉淀不同数量的无机盐，并有结垢现象。油气田结垢造成管道、井筒和地层堵塞，影响井下和地面设备的正常运行，甚至造成重大经济损失和安全隐患。随着油田的开采，采油液中的水含量不断上升，结垢问题也随之日益突出，这已成为所有油田的普遍问题。对结垢原因进行针对性分析，采取有效的防垢措施，是保障油田水驱集输系统高效平稳运行的必要条件，同时对推进油井日常生产建设，增加油田开发能力，提升经济效益方面具有关键作用。当前国内外对油田结垢的防治方法很多，但是还存在一定的不足，因此，为提高油田用化学除垢剂的除垢效果，进行了化学除垢剂的研究。1实验部分1.1垢样xrf元素分析采集的垢样为白砂颗粒、粒状沉积物垢样先在100℃下干燥24h，然后研磨成粉末，以作XRF元素分析，结果见表1。在这些元素中，二氧化硅1.2烘干测量方法将上述垢样用作室内除垢实验原材料，具体按照以下实验步骤进行操作：1）将垢样放入100℃烘箱中进行烘干，直至达到恒重；2）在塑料烧杯中添加量取好的垢样样本，向其中倒入40mL蒸馏水和一定量的主除垢剂及助剂3）对剩余垢样进行过滤处理4）对比操作前后垢样的质量，分析除垢效果，除垢率的推导公式如下：式中：μ—除垢率1.3实验设备仪器：BruckAVIII400MHZNMRMRCR;DFBruker101s磁力搅拌器2结果与讨论2.1除垢剂的选择2.1.1酸及无机酸元素由垢质的特征分析可知，其中主要成分为硅元素和钙元素研究了不同有机酸和无机酸对除垢的影响。将不同种类的酸加入40mL蒸馏水中，制得不同的除垢溶液。在40℃恒温水浴中2.1.2不同转化剂对除垢效果的影响将1mL盐酸、1mL氢氟酸加入40mL蒸馏水，再加入0.1g不同转化剂配制除垢溶液。在40℃恒温水浴中，取一定量的垢样品在不添加转化剂的情况下，除垢液除垢率为45.12%。添加不同的转化剂，可以提高除垢液的除垢效果，其中，最高清除率可达49.66%。柠檬酸除垢效率最为显著的原因是由于它是一种络合剂，能够高效地与溶液中的金属离子形成稳定的络合物，促进反应，提高水垢转化率2.23除垢剂的优化2.2.1除垢液的制备盐酸作为除垢剂的重要成分之一，具有处理水垢的能力，为此研究了盐酸用量对除垢效果的影响。将1mLHF、0.1g柠檬酸和0.1g十二烷基苯磺酸钠以此加入40mL蒸馏水中，再加入不同剂量的盐酸，就可以制得除垢液。在40℃反应2h后，加入一定量的垢样品，计算除垢率，考察不同盐酸用量对除垢效果的影响，结果见图2。如图2所示，随着盐酸用量的增加，垢去除率逐渐增加。盐酸加量为4mL时，除垢率为75.81%；盐酸量增加到一定量后，除垢率将不再上升。因为盐酸的存在会影响碳酸钙和其他易溶性水垢样品。水垢溶液用量和含水量成正比，但当水垢样品已经溶解到一定程度后，残余的二氧化硅在一定酸度条件下更加不易溶解。2.2.2二烷基苯磺酸钠除垢液的制备氟化氢也是除垢剂配方中的主要成分，在除垢过程中起着重要作用，为此研究了不同氟化氢用量对除垢效果的影响。将4mL氯化锂、0.1g柠檬酸和0.1g十二烷基苯磺酸钠加入40mL蒸馏水中，再加入不同剂量的氢氟酸，制成除垢液。在40℃条件下，加入一定量的氧化铁皮试样，计算除垢率，观察HF用量对除垢的影响，结果见图3。除垢率随氟化氢用量的增加而增加，当氟化氢用量达到4mL时，除垢率达到90.97%；由于氟化氢具有较强的腐蚀性，在保证一定的除垢率的基础上，应尽量减少氟化氢的用量，所以在这个基础上，选择了HF的用量为4mL。2.2.3柠檬酸用量对除垢效果的影响将4mL氯化锂、4mLHF和0.1g十二烷基苯磺酸钠共同加入40mL蒸馏水中，并将不同质量的柠檬酸溶液倒入其中进行混合，制备出除垢液。在40℃下，加入一定量的垢样品，反应2h，计算除垢率，考察不同用量的柠檬酸对除垢率的影响，结果见图4。由图4可知，随柠檬酸用量的增加，垢去除率逐渐提高，当柠檬酸用量为0.4g时，垢去除率可达98%以上，但是在此基础上继续添加柠檬酸后，垢去除率未发生明显变化。这是由于柠檬酸具有络合转化的功能，加入柠檬酸后，垢样的转化率也随反应过程不断提高，当柠檬酸的用量到达一定程度时，效果变得不是十分明显，络合转化作用已达到饱和状态，由此可知，柠檬酸的最佳用量为0.4g。2.2.4表面活性剂的除垢效果十二烷基苯磺酸钠作为一种表面活性剂，对提高除垢反应速率方面起着至关重要的作用，因此分析了十二烷基苯磺酸钠的用量对除垢效果有哪些影响。将4mL盐酸和4mLHF、0.4g柠檬酸加入40mL蒸馏水中，然后加入不同质量的十二烷基苯磺酸钠，制备混合溶液。在40℃的温度下添加一定量的垢样进行反应实验，计算2h后的除垢率，考察不同用量表面活性剂的除垢效果，结果见图5。由图5可知，阻垢率随十二烷基苯磺酸钠用量的增加而增大，当十二烷基苯磺酸钠用量增大至0.1g时除垢率达到最大值，再持续加入十二烷基苯磺酸钠，除垢率发生下降趋势。产生这一现象的主要原因是，十二烷基苯磺酸钠是非常有效的表面活性剂，对溶液的表层张力的变化有控制作用，扩大垢与酸溶液之间的接触面积，使得酸更容易渗透到垢中，加快了反应速率，但如果加入的十二烷基苯磺酸钠量过高，反应就会受到抑制，因此得出，十二烷基苯磺酸钠的适宜用量为0.1g。通过上述对除垢剂各组分用量的优化，确定了化学除垢剂最佳配方为：添加4mLHCl、40mL水、4mLHF、0.4g复合转化剂柠檬酸、0.1g表面活性剂苯磺酸钠。3除垢剂的应用性能对油田结垢后化学除垢剂进行了研究，确定了最佳的除垢剂配比与最佳反应温度与时间