对春风油田管道污水进行现场采样，通过离子色谱仪（ＩＣ）和傅里叶红外光谱仪（ＦＴＩＲ）对水样的离子种类及含量进行分析。 根据水样分析结果配制出模拟水样，测试浓盐水的结垢规律，预测结垢趋势并选出合适的阻垢剂，进行阻垢防护。 结果表明：春风油田现场工况条件下，污水管道存在严重的结垢趋势；阻垢效果最佳的阻垢剂是 ＰＢＴＣＡ，阻垢率可达 ９０％ 左右，最佳注入体积浓度约为 ８ ｍｇ ／ Ｌ。

关键词：

       油田污水； 浓盐水； 结垢规律； 阻垢剂

 

 

        国内的有些油田已经无法直接开采，需要向地下油田注水和药剂，从而进行驱油（被称为三次采油），这种方法大大提高了油田的利用率和采出率。 为了节省成本，油水分离后采出水进行回注利用，但是回注水中含有大量的 ＳＯ２ －４ ，ＣＯ２３－ 与 Ｃａ２ ＋，Ｍｇ２ ＋ 等。 该浓盐水极易结垢，附着在采油管道及输油管道内壁，造成管道阻塞和垢下腐蚀，更会造成管道腐蚀穿孔等，存在非常大的安全隐患。

         解决油田管道结垢有效的方法是添加合适的阻垢剂。 由于阻垢剂的种类繁多，而且国内针对阻垢剂的筛选及测试数据较少，很少有结合油田现场实际情况。 该研究结合实际工况和现场管道水样进行测试试验，首先对水样各种元素含量进行系统分析，采用静态滴定法研究了各种因素对结垢的影响，其次针对春风油田管道实际情况对结垢趋势进行预测，最后筛选出合适的阻垢剂并探究其最佳注入量。

１     实 验

１.1  实验药剂

         阻 垢 剂： ２⁃膦 酸 丁 烷⁃１， ２， ４⁃三 羧 酸（ＰＢＴＣＡ） 、丙烯酸钠（ ＰＡＡＳ） 、羟基乙叉二膦酸（ＨＥＤＰ） 、氨基三甲叉膦酸（ＡＴＭＰ） 。 指示剂：钙羧酸。 其他药品：氯化钠、无水氯化钙、六水氯化镁、碳酸钠、硫酸钠、碳酸氢钠、ＥＤＴＡ⁃２Ｎａ 溶液、钙羧酸、浓盐酸和 ＮａＯＨ 溶液（２ ｍｏｌ ／ Ｌ） ，以上药品均为分析纯。

１.2     实验步骤

１.2.1  水质分析及模拟水配制

            根据石油天然气行业标准 ＳＹ／ Ｔ ５５２３—２００６《油田水分析方法》，利用离子色谱仪（ ＩＣ）、傅里叶红外光谱仪（ＦＴＩＲ）等分别对浓盐水中的离子种类和含量进行分析，配制出模拟水并以此来代替真实溶液进行研究。

１.2.2 阻垢剂筛选及最佳浓度探究

          选取适合春风油田的 ４ 种效果较好的阻垢剂进行阻垢试验，这 ４ 种阻垢剂分别为 ＰＢＴＣＡ，ＨＥＤＰ，ＰＡＡＳ 和 ＡＴＭＰ，进行筛选，得到阻垢性能最好的阻垢剂及其最佳加入浓度。

          取 ４ ｍＬ 模拟水样用去离子水稀释至 ５０ ｍＬ并放入锥形瓶中，向锥形瓶中分别加入不同类型及不同量的阻垢剂，添加阻垢剂质量浓度为 １，２，４，８ 和 １０ ｍｇ ／ Ｌ。 向装有滤液稀释液的锥形瓶中加入 ２ ｍＬ ＮａＯＨ 溶液和 ０． ２ ｇ 钙羧酸，混合均匀后立即用 ＥＤＴＡ⁃２Ｎａ 滴定。 当溶液颜色由酒红色转变为亮蓝色时，表示滴定结束，记录消耗 ＥＤＴＡ⁃２Ｎａ 溶液体积数。 根据ＥＤＴＡ⁃２Ｎａ 滴定量计算出结垢率。

２      结果与讨论

２.1  水质分析及模拟水配制

         本研究利用离子色谱仪和傅里叶红外光谱仪分别对浓盐水中的离子种类和含量进行了分析，获得原始水样中对结垢影响较大的离子含量，结果见表 １。 
       

         根据分析水样中的离子含量，采用常用的盐复配出 ２ Ｌ 模拟浓盐水，浓盐水成分见表 ２。

         

２.2   结垢规律研究

         温度、ｐＨ 值和钙离子浓度都是影响结垢的主要因素，因此研究了模拟水样在不同的温度、ｐＨ值和钙离子质量浓度下的结垢率，实验所得结垢率随其他影响因素的变化关系见图 １。

          

        由图 １（ａ）可以看出，温度与结垢率基本成正比，温度越高，结垢便越大，并且在 ８０ ℃时结垢率达到了 ３０％ 。 由于春风油田钙离子含量较高，高温环境下几乎与大部分碳酸氢根离子结合形成碳酸钙垢，说明在高温环境下结垢非常严重。 而且根据调 研 结 果， 春 风 油 田 污 水 管 道 温 度 接 近７５ ℃ ，因此必须采取适当的防垢措施。由图 １（ ｂ） 可以看出，随着 ｐＨ 值的升高，水样结垢率逐渐增大，结垢率从 ｐＨ 值为 ７ 时的２４． ３２％ 增加到了 ｐＨ 值为 １２ 时的 ４８． ２４％ ，说明降低水样 ｐＨ 值是减小水质结垢的一个有效方法，但是同时应当注意的是当 ｐＨ 值降至 ７ 以下时，酸性环境又会带来腐蚀的问题。 该实验之所以选用 ７ ～ １２ 的 ｐＨ 范围，主要是因为在碱性情况下结垢比较明显，酸性环境下垢大量溶解，一方面是结垢量过少，难以精确观测，另一方面是酸性环境会带来严重的腐蚀问题，因此针对酸性环境的结垢研究没有实际意义。 春风油田管道水样大多数接近中性或弱碱性，所以对结垢影响较小，需要继续控制在此酸碱度。

          由图 １（ｃ）可以看出，随着钙离子质量浓度增大，水样的结垢率呈现先增大后减小的规律，结垢率在钙离子质量浓度为 ３６０ ｍｇ ／ Ｌ 时达到最大，达到 ７２． ７５％ ；而后随着钙离子浓度增大，结垢率反而降低，当钙离子质量浓度增大到 １ ８００ ｍｇ ／ Ｌ 时结垢率降低到 ２４． ２３％ 。 这是由于当钙离子质量浓度较低时，钙离子浓度小于碳酸根和碳酸氢根的浓度，结垢量受钙离子含量控制。 随着钙离子浓度的增大，当钙离子浓度超过碳酸根和碳酸氢根时，溶液结垢量就受碳酸根和碳酸氢根控制，碳酸钙的电离平衡反应由于碳酸根离子的增加向左移动，碳酸钙沉淀析出，但是结垢率是一个相对值，是与溶液初始钙离子浓度相关的，初始钙离子浓度增大，使得结垢率降低。

２.3  阻垢剂筛选及最佳浓度探究

         针对春风油田采出水和回注水水样，研究了ＰＢＴＣＡ，ＨＥＤＰ，ＰＡＡＳ 和 ＡＴＭＰ ４ 种阻垢剂在该水质条件（温度为 ８０ ℃ 、ｐＨ 值为 ７）下，添加质量浓度为 １，２，４，８ 和 １０ ｍｇ ／ Ｌ 的防垢性能，筛选出最适用的阻垢剂及最佳加注浓度。 试验所得 ４ 种阻垢剂在不同质量浓度下的阻垢率如图 ２ 所示。

          

        由图 ２ 可以看出，４ 种阻垢剂分别为 ＰＢＴＣＡ，ＰＡＡＳ，ＨＥＤＰ 和ＡＴＭＰ，其质量浓度分别为 １，２，４，８ 和 １０ ｍｇ ／ Ｌ 共 ５ 组，在其他条件相同的情况下，整体趋势都是随阻垢剂质量浓度的增加而阻垢率上升。 ＨＥＤＰ 质量浓度在 ２ ｍｇ ／ Ｌ 时有一个转折点，该浓度后整体的阻垢率开始趋向平稳。 ＨＥＤＰ所有质量浓度实验组中最高阻垢率是在 １０ ｍｇ ／ Ｌ时，达到了 ７３． ４７％ 。 其最低阻垢率则是在 １ ｍｇ ／ Ｌ时，只有 ４３． ２６％ 。 其阻垢率变化趋势虽然呈上升趋势，但是随着浓度的增高阻垢效果增速缓慢，收益较差。 ＡＴＭＰ 的阻垢率随阻垢剂质量浓度的增加而增大，相邻浓度的实验组之间增长速度不一致，最低处是在 １ ｍｇ ／ Ｌ 时，阻垢率只有２３． ６６％ ；最高处则是在 １０ ｍｇ ／ Ｌ 时，阻垢率达到８７． ２２％ 。 ＰＢＴＣＡ 和 ＰＡＡＳ 的增长趋势较为相似，但是阻垢率相差较大，两者均在 １０ ｍｇ ／ Ｌ 时阻垢率达到最大，但是 ＰＢＴＣＡ 的最大阻垢率达 ９１． ４３％而ＰＡＡＳ 的最大阻垢率仅为 ８２． ７７％ ，且 ＰＢＴＣＡ 加入８ ｍｇ ／ Ｌ 时，阻垢率已经接近 ９０％ 。 故通过对 ４ 种阻垢剂的阻垢率对比，判定出 ＰＢＴＣＡ 为所需阻垢剂，其最适宜的加入质量浓度为 ８ ｍｇ ／ Ｌ。

 

３     结 论

     （１）春风油田浓盐水管线中存在较多的结垢离子，管道结垢趋势严重。

     （２）温度越高，ｐＨ 值越大，浓盐水管线结垢趋势越严重。 春风油田的污水管线温度高，ｐＨ 值大，加剧了结垢，需要采取阻垢措施。

      （３）试验表明：最佳的阻垢剂是 ＰＢＴＣＡ，其阻垢率可达 ９０％ ，最佳注入质量浓度为 ８ ｍｇ ／ Ｌ。

 

 

 

原标题：油田污水管道阻垢治理技术

原作者：荣 雁