化學防垢法的分析與探索

摘 要：在油田開發過程中，經常會出現結垢問題，不但影響了油田企業的正常生產，而且會給其帶來一定的經濟損失。因此，必須采取相應的措施和技術方法，減少結垢的概率，防止垢物的進一步擴大，為油田企業的正常生產奠定一定的基礎。本文主要對化學防垢法進行了分析和總結，首先對化學防垢法進行了簡要敘述，然后對化學防垢法的作用機理進行了系統的分析與研究，最后總結了目前常用的化學防垢劑的類型，希望本文的分析與探索可以給油田化學方面的從業者提供一定的啟示。

關鍵詞：防垢;油田;聚合物;化學藥劑

0 引言

在油田開發過程中，通常會往油層中注入水、氣以及化學藥劑，以此來給油層補充能量或者改善地下儲層的性能，從而提高原油的產量。我國大部分的油田主要采用注水的方式來提高原油的產量，同時也加入一定量的化學藥劑[1]。但是，這種開采方式會出現很多問題，尤其是結垢問題。結垢會堵塞油氣的運輸通道，不但會減小儲層的滲透率，而且會影響儀器設備的使用壽命，嚴重影響了油田的正常生產，會給油田企業帶來巨大的經濟損失[1，2]。因此，相關從業者應該根據油田的實際情況，對結垢的機理進行深入分析和研究，研發出高效廉價的除垢防垢技術。在各種防垢技術中，化學防垢是主要的技術之一，本文主要對化學防垢法進行了分析和總結。

1 化學防垢法簡介

化學防垢法是在油田開發過程中，通過加入化學藥劑以達到防垢的目的。如果結垢的主要物質是碳酸鹽，這時工作人員就可以通過加酸進行防垢。特別是在采取堿驅之后，儲層的pH值非常高，進而會產生很多的氫氧化物堿性垢，通過加酸或CO2就能夠減小pH值并且可以防止堿性垢的形成，但是加酸防垢會產生環境問題，而且還會影響油田水pH值的測定精度和加酸量的確定。一旦加過量的酸，極有可能會腐蝕管道設備，雖然加CO2不會存在酸化過度的風險，但是在高溫的環境中，過量的CO2會有利于碳酸鹽垢的形成。其次，如果環境中存在鋇垢、鍶垢，由于鋇垢、鍶垢比較難以溶于酸，加酸或酸性氣體也很難有明顯的防垢效果，因此，通常會使用化學防垢法。

2 化學防垢法的作用機理

關于化學防垢法的作用機理，主要分為4種：

2.1 螯合增溶作用

這種作用是指化學藥劑分子中的基團可以將溶液中游離的金屬離子進行相應的螯合以及吸附，阻止了成垢離子之間的相互接觸，進而成為螯合物，這種化學物質比較特別，它的化學結構中具有一些多元環，進而使其具有比較穩定的性質，最終比較穩定地存在于溶液中?；瘜W藥劑中相當大一部分都是通過螯合增溶作用來分散成相離子，進而可以達到防垢的目的。

2.2 分散作用

化學藥劑中的一些大分子聚合物通常會具有一定的分散作用，這些聚合物進入水溶液之后會出現解離，分離之后的大分子會吸附在顆粒的表面，進而可以將成垢晶粒進行包裹，不但改變了成垢晶粒的表面電性，而且也增強了它們之間的靜電斥力，起到了分散成垢晶粒的作用，從而避免了結垢。

2.3 晶格畸變作用

相關研究結果表明，化學藥劑會引發晶格的畸變，在晶體形成的過程中，這些物質會被吸附到微小晶格的點陣之中，破壞晶體結構，干擾晶體的正常生長，并且還會減弱其性能，使其變得非常不穩定，最終防止其形成垢物。即便結垢，這種垢物也是非常松軟，借助外力的作用比較容易去除。與此同時，化學藥劑還能夠吸附在一些管線和儀器的內表面上，相當于一個吸附層，同樣起到了防垢的作用。

2.4 協同效應

這種效應是指部分化學藥劑在單獨使用時，防垢的效果較差，但是與其他化學藥劑復配使用之后，在相同的劑量條件下，復配的化學藥劑的防垢效果明顯增強。但是，不同化學藥劑的復配比例與投藥濃度，需要通過大量實驗確定。協同效應使防垢劑性能得到提升，并且減少了投藥量，節約了成本，因此，對幾種不同類型的防垢劑進行復配研究是很有必要的[2-4]。

3 化學藥劑的類型

近些年以來，化學防垢法的化學藥劑研發一直在蓬勃發展中，化學藥劑的類型很多，目前比較常用的化學藥劑有4種：①環境友好型防垢劑;②聚合物類防垢劑;③天然型防垢劑;④含磷類防垢劑[2，3]。

3.1 環境友好型防垢劑

雖然聚合物防垢劑的效果較好，但是大部分的防垢劑都不能進行生物降解。20世紀90年代，研究人員就開始了環保型防垢劑的研究，這種防垢劑具有十分顯著的特點：①不污染環境;②可進行生物降解，并且還可以與其他防垢劑一起復配使用，以后的發展方向是不斷研發新品種并且改善防垢性能和減少成本。環境友好型防垢劑主要有2種：①聚天冬氨酸;②聚環氧琥珀酸。

3.2 聚合物類防垢劑

這種防垢劑可以將很多的功能基團都集聚在一個單體上，使其可以充分發揮各種官能團的優勢，其作用機理主要有2種：①螯合分散;②晶格畸變。經過多年的發展，聚合物防垢劑從最早的單體聚合逐漸發展到二元、三元聚合，直到現今的多元共聚，使得這種化學藥劑的可能性和可選性逐漸增多，以后的發展方向是不斷研發新的官能團和聚合方式，使其功能更加完善和豐富，防垢的性能更加優越。根據聚合方式，這種防垢劑能夠劃分為2種類型：①均聚物防垢劑;②共聚物防垢劑。其次，按照制備方式以及基團組合，研究人員可以獲得更多類型的防垢劑。

3.3 天然型防垢劑

天然型防垢劑是一種可以從自然界中進行收集，并且沒有進行化學加工的防垢劑。這種防垢劑的分子結構中一般會含有非常多的羥基、羧基等官能團，這些官能團具有一定的防垢性能，并且部分天然防垢劑還可以抑制垢晶體的生長。在20世紀初期，由于防垢劑種類還非常單一，其他類型的防垢劑發展緩慢，使得天然防垢劑的應用比較廣泛，但是，這種防垢劑在高溫條件下，穩定性較差，含有比較多的雜質，所需的劑量大而且效果也不是非常好。目前，天然型防垢劑的使用較少，但是這種防垢劑還具有環境污染小、可生物降解等優點，相信在不久的將來，隨著科技的不斷發展，不同領域之間的合作研究或許可以研發出一些更加高效先進的新型天然防垢劑。

3.4 含磷類防垢劑

在各種化學藥劑中，含磷防垢劑所占比重比較大，這是由于膦酸基團對于溶液中存在的一些金屬離子具有非常好的分散螯合作用，而且在一定程度上可以抑制晶體的生長以及誘使晶格發生畸變。這種防垢劑具有良好的防垢性能，而且成本較低，特別對無機鈣垢具有非常好的防垢效果。目前，含磷類防垢劑是市場上應用范圍最為廣泛的化學藥劑之一，主要分為3大類：①無機磷酸鹽防垢劑;②有機膦酸防垢劑;③含膦聚合物防垢劑。含磷類防垢劑未來會朝著低磷及穩定的含膦聚合物防垢劑的方向發展。

4 結語

總而言之，化學防垢法的成本低，防垢效果好，但是化學藥劑的種類多，作用的機理也十分復雜，各種防垢劑都有其相應的缺點，比如部分防垢劑的性能不是十分穩定，而且在一定程度上會破壞生態環境，造成地下水的污染，以及細菌的大量繁殖等。因此，在選擇防垢劑的同時，工作人員必須要根據油田的實際情況，首先開展大量的實驗，對防垢劑進行篩選，與此同時，優選的防垢劑必須確保其具有一定的防垢性能，而且成本也合適，沒有產生較大的環境污染問題。

參考文獻：

[1]荊國林，唐曼，葉萍，等.大慶油田化學防垢劑優選[J].化工科技，2016，24（06）：38-41.

[2]邵光超.油田結垢與防垢技術研究[D].大慶：東北石油大學，2015.

[3]趙梓涵.油田結垢預測及防垢技術的研究進展[J].遼寧石油化工大學學報，2018，38（05）：19-23.

[4]張渺.NE油田結垢機理與阻垢技術研究[D].成都：西南石油大學，2014.

作者簡介：

張西子（1988- ），女，漢族，遼寧遼陽人，碩士，工程師，主要從事油田化學方面的工作。