HEDP用于油田除垢剂的配方研究与优化

毕子璇^1，2, 黄新松³,李 强⁴

(1.福州大学化学学院，福建　福州　350108;

2.中国科学院大学福建学院，福建　福州　350001;

3.中国科学院福建物质结构研究所，福建　福州　350001;

4.中国石油集团工程技术研究有限公司,天津　300451)

摘 要：油田注来输系统管线、设备上的结垢问题严重影响正常作业，而常用的无机强酸除垢手段不仅消耗巨大，且存在安全隐患，巫需发展环保高效的除垢技术。在油田垢质组成分析的基础上，结合实际生产情况，通过静态失重实验方法和X射线衍射、扫描电镜、漫反射红外光谱等表征手段，研究了以羟基亚乙基二膦酸(HEDP)为螯合主剂时,若干种螯合助剂及表面活性剂的添加对配方除垢效果的影响和机理。实验优选出氣基三亚甲基臃酸（ATMP)作为螯合助剂，并最终确定了除垢剂配方为2.5%HEDP+2.5%ATMP+0.5%表面活性剂SDS +1%稳定剂AMPS。该除垢剂在温度为90℃、作用时间为6h下对实际垢样的除垢率可达74.51%，对石灰岩样品的除垢率可达65.58%，兼具快除垢、低成本、高普适性等优点，在油田除垢方面具有广阔应用前景。

关键词：碳酸钙垢;螯合剂;除垢剂;羟基亚乙基二瞬酸;协同增效作用

0 引言

随着油田开发进人中后期，注水量与原油含水量的增加使水质变得日益复杂，造成管线及设施腐蚀穿孔、结垢堵塞问题，导致系统能耗增加，已经严重影响设备的正常操作和企业的经济效益。如何处理注采输系统管线、设备上的结垢已成为无法避开的难题。目前，许多油田仍采用强酸(如盐酸)为主的清洗办法，不仅造成大量危化品的消耗，其物料储运、使用也存在较大安全隐患，残液腐蚀性较强，并且废液的无害化处理成本高、难度大。因此，近年来替代酸洗的其他清洗除垢技术的研究也在不断发展，其中基于超分子化学作用而设计的超分子除垢方法尤为受到关注。不同于酸洗法中的强弱酸置换机理，超分子除垢法综合应用了螯合试剂对成垢金属离子的配位作用、除垢过程中分子间的超分子聚集作用和表面活性剂等成分的渗透作用等，然而各组分的作用效果及协同增效规律仍不明晰，尚未发展出较为成熟的体系。

通过对超分子除垢体系的初步考虑，认为良好的除垢剂首先需要与垢质在界面处发生较为充分的化学作用，而目前在强酸之外能够提供此类化学作用的不外乎含有配位能力官能团的螯合试剂。在生产实际中，含有多磷酸基团的螯合剂具有良好的化学稳定性，并兼具缓蚀和阻垢功能，是油田实际生产中最为成功且广泛应用的一类药剂，不仅可以用作酸洗法的添加剂，也可用于预防结垢的阻垢剂。其中，最典型的多元磷酸螯合剂羟基亚乙基二膦酸（HEDP)价格低廉，既可以与金属离子形成六元环螯合物，影响碳酸钙晶体的正常生长过程，导致碳酸钙晶体的畸变甚至停止生长,还可以抑制金属钝化膜破裂,对钢质基体的腐蚀起到很好的抑制作用。黄金营等[研究了HEDP的浓度、温度及酸洗时间对大理石垢样去除效果的影响，证实了HEDP可以作为以螯合反应为主的除垢剂，在工业酸洗应用中有巨大潜力。然而，尽管HEDP在油田阻垢中已经有较广泛的研究和实际应用，但有关HEDP用于油田除垢中的作用规律及基于HEDP的油田除垢体系开发还十分有限。

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