化學(xué)除垢劑的研究

化學(xué)除垢劑的研究

近年來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)石油的需求也在不斷增加。中國(guó)大部分油田進(jìn)入了開(kāi)發(fā)階段的中后期，供水技術(shù)在上述生產(chǎn)過(guò)程中得到了廣泛應(yīng)用。原油產(chǎn)量減少的重要因素是油氣田內(nèi)壓力、溫度等因素的變化以及水的熱力學(xué)不穩(wěn)定性和化學(xué)不相容性，導(dǎo)致油氣田結(jié)垢。由于石油產(chǎn)量的下降和注水壓力的增加，油井的生產(chǎn)已經(jīng)停止，對(duì)油田生產(chǎn)造成了無(wú)法修復(fù)的損害。當(dāng)注水注入地層與地層水混合時(shí)，由于兩者不相容，會(huì)產(chǎn)生無(wú)機(jī)垢。在溫度、靈巧度、pH值等條件改變時(shí)，液體易沉淀不同數(shù)量的無(wú)機(jī)鹽，并有結(jié)垢現(xiàn)象。油氣田結(jié)垢造成管道、井筒和地層堵塞，影響井下和地面設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至造成重大經(jīng)濟(jì)損失和安全隱患。隨著油田的開(kāi)采，采油液中的水含量不斷上升，結(jié)垢問(wèn)題也隨之日益突出，這已成為所有油田的普遍問(wèn)題。對(duì)結(jié)垢原因進(jìn)行針對(duì)性分析，采取有效的防垢措施，是保障油田水驅(qū)集輸系統(tǒng)高效平穩(wěn)運(yùn)行的必要條件，同時(shí)對(duì)推進(jìn)油井日常生產(chǎn)建設(shè)，增加油田開(kāi)發(fā)能力，提升經(jīng)濟(jì)效益方面具有關(guān)鍵作用。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)油田結(jié)垢的防治方法很多，但是還存在一定的不足，因此，為提高油田用化學(xué)除垢劑的除垢效果，進(jìn)行了化學(xué)除垢劑的研究。1實(shí)驗(yàn)部分1.1垢樣xrf元素分析采集的垢樣為白砂顆粒、粒狀沉積物垢樣先在100℃下干燥24h，然后研磨成粉末，以作XRF元素分析，結(jié)果見(jiàn)表1。在這些元素中，二氧化硅1.2烘干測(cè)量方法將上述垢樣用作室內(nèi)除垢實(shí)驗(yàn)原材料，具體按照以下實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作：1）將垢樣放入100℃烘箱中進(jìn)行烘干，直至達(dá)到恒重；2）在塑料燒杯中添加量取好的垢樣樣本，向其中倒入40mL蒸餾水和一定量的主除垢劑及助劑3）對(duì)剩余垢樣進(jìn)行過(guò)濾處理4）對(duì)比操作前后垢樣的質(zhì)量，分析除垢效果，除垢率的推導(dǎo)公式如下：式中：μ—除垢率1.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器：BruckAVIII400MHZNMRMRCR;DFBruker101s磁力攪拌器2結(jié)果與討論2.1除垢劑的選擇2.1.1酸及無(wú)機(jī)酸元素由垢質(zhì)的特征分析可知，其中主要成分為硅元素和鈣元素研究了不同有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸對(duì)除垢的影響。將不同種類(lèi)的酸加入40mL蒸餾水中，制得不同的除垢溶液。在40℃恒溫水浴中2.1.2不同轉(zhuǎn)化劑對(duì)除垢效果的影響將1mL鹽酸、1mL氫氟酸加入40mL蒸餾水，再加入0.1g不同轉(zhuǎn)化劑配制除垢溶液。在40℃恒溫水浴中，取一定量的垢樣品在不添加轉(zhuǎn)化劑的情況下，除垢液除垢率為45.12%。添加不同的轉(zhuǎn)化劑，可以提高除垢液的除垢效果，其中，最高清除率可達(dá)49.66%。檸檬酸除垢效率最為顯著的原因是由于它是一種絡(luò)合劑，能夠高效地與溶液中的金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，促進(jìn)反應(yīng)，提高水垢轉(zhuǎn)化率2.23除垢劑的優(yōu)化2.2.1除垢液的制備鹽酸作為除垢劑的重要成分之一，具有處理水垢的能力，為此研究了鹽酸用量對(duì)除垢效果的影響。將1mLHF、0.1g檸檬酸和0.1g十二烷基苯磺酸鈉以此加入40mL蒸餾水中，再加入不同劑量的鹽酸，就可以制得除垢液。在40℃反應(yīng)2h后，加入一定量的垢樣品，計(jì)算除垢率，考察不同鹽酸用量對(duì)除垢效果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。如圖2所示，隨著鹽酸用量的增加，垢去除率逐漸增加。鹽酸加量為4mL時(shí)，除垢率為75.81%；鹽酸量增加到一定量后，除垢率將不再上升。因?yàn)辂}酸的存在會(huì)影響碳酸鈣和其他易溶性水垢樣品。水垢溶液用量和含水量成正比，但當(dāng)水垢樣品已經(jīng)溶解到一定程度后，殘余的二氧化硅在一定酸度條件下更加不易溶解。2.2.2二烷基苯磺酸鈉除垢液的制備氟化氫也是除垢劑配方中的主要成分，在除垢過(guò)程中起著重要作用，為此研究了不同氟化氫用量對(duì)除垢效果的影響。將4mL氯化鋰、0.1g檸檬酸和0.1g十二烷基苯磺酸鈉加入40mL蒸餾水中，再加入不同劑量的氫氟酸，制成除垢液。在40℃條件下，加入一定量的氧化鐵皮試樣，計(jì)算除垢率，觀察HF用量對(duì)除垢的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。除垢率隨氟化氫用量的增加而增加，當(dāng)氟化氫用量達(dá)到4mL時(shí)，除垢率達(dá)到90.97%；由于氟化氫具有較強(qiáng)的腐蝕性，在保證一定的除垢率的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量減少氟化氫的用量，所以在這個(gè)基礎(chǔ)上，選擇了HF的用量為4mL。2.2.3檸檬酸用量對(duì)除垢效果的影響將4mL氯化鋰、4mLHF和0.1g十二烷基苯磺酸鈉共同加入40mL蒸餾水中，并將不同質(zhì)量的檸檬酸溶液倒入其中進(jìn)行混合，制備出除垢液。在40℃下，加入一定量的垢樣品，反應(yīng)2h，計(jì)算除垢率，考察不同用量的檸檬酸對(duì)除垢率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可知，隨檸檬酸用量的增加，垢去除率逐漸提高，當(dāng)檸檬酸用量為0.4g時(shí)，垢去除率可達(dá)98%以上，但是在此基礎(chǔ)上繼續(xù)添加檸檬酸后，垢去除率未發(fā)生明顯變化。這是由于檸檬酸具有絡(luò)合轉(zhuǎn)化的功能，加入檸檬酸后，垢樣的轉(zhuǎn)化率也隨反應(yīng)過(guò)程不斷提高，當(dāng)檸檬酸的用量到達(dá)一定程度時(shí)，效果變得不是十分明顯，絡(luò)合轉(zhuǎn)化作用已達(dá)到飽和狀態(tài)，由此可知，檸檬酸的最佳用量為0.4g。2.2.4表面活性劑的除垢效果十二烷基苯磺酸鈉作為一種表面活性劑，對(duì)提高除垢反應(yīng)速率方面起著至關(guān)重要的作用，因此分析了十二烷基苯磺酸鈉的用量對(duì)除垢效果有哪些影響。將4mL鹽酸和4mLHF、0.4g檸檬酸加入40mL蒸餾水中，然后加入不同質(zhì)量的十二烷基苯磺酸鈉，制備混合溶液。在40℃的溫度下添加一定量的垢樣進(jìn)行反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，計(jì)算2h后的除垢率，考察不同用量表面活性劑的除垢效果，結(jié)果見(jiàn)圖5。由圖5可知，阻垢率隨十二烷基苯磺酸鈉用量的增加而增大，當(dāng)十二烷基苯磺酸鈉用量增大至0.1g時(shí)除垢率達(dá)到最大值，再持續(xù)加入十二烷基苯磺酸鈉，除垢率發(fā)生下降趨勢(shì)。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是，十二烷基苯磺酸鈉是非常有效的表面活性劑，對(duì)溶液的表層張力的變化有控制作用，擴(kuò)大垢與酸溶液之間的接觸面積，使得酸更容易滲透到垢中，加快了反應(yīng)速率，但如果加入的十二烷基苯磺酸鈉量過(guò)高，反應(yīng)就會(huì)受到抑制，因此得出，十二烷基苯磺酸鈉的適宜用量為0.1g。通過(guò)上述對(duì)除垢劑各組分用量的優(yōu)化，確定了化學(xué)除垢劑最佳配方為：添加4mLHCl、40mL水、4mLHF、0.4g復(fù)合轉(zhuǎn)化劑檸檬酸、0.1g表面活性劑苯磺酸鈉。3除垢劑的應(yīng)用性能對(duì)油田結(jié)垢后化學(xué)除垢劑進(jìn)行了研究，確定了最佳的除垢劑配比與最佳反應(yīng)溫度與時(shí)間