CN101012090A - 一种钡锶阻垢剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钡锶阻垢剂，该阻垢剂是由膦酸马来酸酐共聚物和有机膦酸盐类共聚物按照1∶0.3－0.5的比例复配而成，其中膦酸马来酸酐共聚物是由马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸甲酯、含磷化合物和过氧化物按照化学剂量反应合成；有机膦酸盐类共聚物是由有机胺、醛类和无机磷化物按照化学剂量反应合成。本发明的钡锶阻垢剂分子结构中既含有膦酸基团(－PO3H2)，又含有羧酸基团(－COOH)，同时具有防垢和缓蚀两种性能，不仅对碳酸盐垢防垢效果好，且对CaSO4、BaSO4等硫酸盐垢也非常有效，特别适合于原油、油田产出水及油田注入水等介质的防垢。
Description
技术领域
本发明涉及石油化工技术领域，特别是涉及一种钡锶阻垢剂。
背景技术
油田生产时，只要有水存在，采油过程处于各种环境和条件下的油田水就会存在某些化学变化和物理变化，导致生成沉淀物，这些沉淀物沉积或聚集在地层中、油套管上以及各种设备的表面上即是结垢。结垢会造成油气产量下降，注水压力上升，井下及地面设备报废，甚至使油气井停产。
碳酸盐垢是油田生产中最为常见的垢物，但易被酸化去除，危害相对较小，而硫酸盐垢采用一般方法很难清除，危害很大。因此，油田防硫酸盐垢一般以防为主，主要是利用防垢剂的络合增溶、分散、晶体畸变作用阻止硫酸盐垢化合物的形成，这种化学防硫酸盐垢技术目前在油田得到了最为广泛的应用。
自50年代首次采用聚磷酸盐作阻垢剂以来，防垢剂得到迅速发展。目前，国内油田常用的防垢剂主要有有机磷酸盐类、高分子聚合物类、有机膦酸盐与聚羧酸盐复合类。一般说来，有机磷酸盐(酯)主要用于防碳酸盐垢，聚羧酸及其衍生物主要用于防硫酸盐垢，复合阻垢剂主要用于防混合垢，详见表1。
表1油田常用阻垢剂类别及名称
| 类别 | 名称 | 防垢类型 |
| 无机磷酸盐 | 六偏磷酸钠(Na6P6O18)、三聚磷酸钠(Na5P3O10 | 碳酸盐垢 |
| 有机膦酸盐(酯) | 多元醇膦酸酯(PAPE)、羟基乙叉二膦酸(HEDP)、乙二胺四甲叉膦酸(EDTMP)、二乙烯三胺五甲叉膦酸(TDPMP) | 钙垢 |
| 聚合物类 | 聚丙烯酸(PAA)、聚马来酸(HPMA)、马来酸(酐)/苯乙烯磺酸共聚物、马来酸(酐)/乙酸乙烯酯共聚物、丙烯酸/丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)三元共聚物、马来酸(酐)/乙酸乙烯酯/丙烯酸三元共聚物、马来酸(酐)/乙酸乙烯酯/丙烯酸甲酯三元共聚物 | 硫酸盐垢 |
| 复合类 | 2-膦酸丁烷-1、2、4-三羧酸(PBTCA)、膦基聚丙烯酸及其共聚物、膦基聚马来酸及其共聚物及其他复合配方。 | 碳酸盐、硫酸盐混合垢 |
但是，上述阻垢剂普遍存在适用范围窄，防垢能力弱等缺陷。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种既能防止碳酸盐结垢，又能防止硫酸盐结垢，且防垢效果好的钡锶阻垢剂。
经过国内外相关专家研究发现，如果防垢剂引入介质的基团能够取代象羧基这类基团，以及增强硫酸盐晶体上阳离子的络合稳定性，那么就能增强防垢能力，试验也表明，丙烯酸、马来酸与多种带有羟基、磺基、酰基的烯类单体或次膦酸所合成的共聚物均可表现出较好的防硫酸盐垢的能力。其中有机膦羧酸、含磷聚合物类防垢剂分子结构中既含有膦酸基团(-PO3H2)，又含有羧酸基团(-COOH)，同时具有防垢和缓蚀两种性能，不仅对碳酸盐垢防垢效果好，且对CaSO4、BaSO4等硫酸盐垢也非常有效。
本发明正是基于上述原理建立，其具体采用的的技术方案为：
一种钡锶阻垢剂，其特征在于该阻垢剂是由膦酸马来酸酐共聚物和有机膦酸盐类共聚物按照1∶O.3～0.5的比例复配而成，
其中膦酸马来酸酐共聚物是由马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸甲酯、含磷化合物和过氧化物水溶液按照化学剂量反应合成；
有机膦酸盐类共聚物是由有机胺、醛类和无机磷化物按照化学剂量反应合成。
所述的膦酸马来酸酐共聚物的合成反应过程为：首先在反应瓶中加入少量水，再将马来酸酐加入其中，在不断搅拌状态下升温至50℃～60℃，后滴加丙烯酸和丙烯酸甲酯混合液及含磷化合物、过氧化物水溶液，升温至80℃～90℃，反应4～5小时，冷却后调整PH值为5～7即得，其中含磷化合物为次磷酸钠或次磷酸钾，过氧化物为过硫酸铵、过氧化钾或过氧化钠；
所述的有机膦酸盐类共聚物的合成反应过程为：首先将有机胺和水加入烧瓶中，然后慢慢滴加醛类溶液，再慢慢滴加无机磷化物，控制反应温度35℃～45℃，待加完无机磷化物后，升温至100℃～105℃，反应2～3小时，即可，其中有机胺为乙二胺或乙二胺四甲叉膦酸，醛类为甲醛或乙醛，无机磷化物为三氯化磷或五氧化二磷、磷酸钠。
本发明的钡锶阻垢剂分子结构中既含有膦酸基团(-PO3H2)，又含有羧酸基团(-COOH)，同时具有防垢和缓蚀两种性能，不仅对碳酸盐垢防垢效果好，且对CaSO4、BaSO4等硫酸盐垢也非常有效。
将本发明的钡锶阻垢剂加在模拟水中，进行不同加药浓度的防垢性能测定，结果见表2。
表2LSB-3阻垢剂防垢性能测定结果(70℃，恒温6h)
| LSB-3阻垢剂(mg/L) | 防钡垢率(％) | 防锶垢率(％) |
| 30 | 46.2 | 37.1 |
| 50 | 86.23 | 74.53 |
| 75 | 98.20 | 77.49 |
从表2可以看出，本发明的钡锶阻垢剂在70℃加量为75mg/L时，防BaSO4垢可达到98.2％，防SrSO4垢率可达77.49％，对模拟水的防Ba2+、Sr2+垢率均在80％左右，说明该药剂防垢效果良好。
本发明的阻垢剂还具有优良的现场使用性，为了验证这种现场使用效果，自2005年5月19日起，针对盘古梁油田地面系统严重结BaSO4、SrSO4垢的现象，选择盘60-21、盘38-38、盘36-31、盘34-33四个结垢严重(清垢周期在60-90天范围)的增压点开展现场试验，即在四个站点添加钡锶阻垢剂。截止2006年11月，在我厂4个作业区的15个站点上使用防钡锶垢剂，投加方式为连续泵加或收球筒倒加。
具体投加站点的统计见下表3。
表3采油三厂站点投加钡锶阻垢剂情况统计
| 区块 | 站点 | 投加日期 | 投加方式 | 加药浓度(mg/L) | 运行状况 |
| 郝陀梁作业区 | 盘30-37增压点 | 2005年7月 | 计量泵 | 50 | 正常 |
| 盘29-36增压点 | 2005年7月 | 计量泵 | 50 | 正常 | |
| 柳133增压点 | 2005年7月 | 计量泵 | 50 | 正常 | |
| 盘三计 | 2005年7月 | 计量泵 | 50 | 正常 | |
| 盘六转 | 2005年7月 | 计量泵 | 50 | 正常 | |
| 于一转 | 2005年7月 | 计量泵 | 50 | 正常 | |
| 盘古梁作业区 | 盘39-28增压点 | 2005年5月 | 计量泵 | 130 | 正常 |
| 盘36-31增压点 | 2005年5月 | 计量泵 | 130 | 正常 | |
| 盘38-38增压点 | 2005年5月 | 计量泵 | 130 | 正常 | |
| 盘34-33增压点 | 2005年5月 | 计量泵 | 130 | 正常 | |
| 盘60-21增压点 | 2005年5月 | 计量泵 | 130 | 正常 | |
| 吴起作业区 | 吴410 | 2005年8月 | 计量泵 | 100 | 正常 |
| 洼三 | 2005年8月 | 计量泵 | 100 | 正常 | |
| 吴420区 | 2006年8月 | 倒加 | 100 | 正常 | |
| 五里湾一区 | 南一转 | 2006年5月 | 计量泵 | 100 | 正常 |
通过对以上站点投加钡锶阻垢剂后，加热炉结垢趋势得到明显遏制，原油外输阻力减小，加热炉进出口压差普遍下降。具体效果见表4、表5。
表4投加钡锶阻垢剂站点加药效果统计表
| 站点 | 加药前结垢状况 | 防垢前压力(MPa) | 目前压力(MPa) | 目前结垢状况 | ||||
| 进口 | 出口 | ΔP | 进口 | 出口 | ΔP | |||
| 柳133增压点 | 加热炉盘管4个月结垢2～2.5cm | 0.8 | 0.4 | 0.4 | 0.5 | 0.4 | 0.1 | 2006年8月打开无结垢 |
| 盘三计 | 外输泵出口管线2-3个月结垢2～2.5cm | 2006年9月打开无结垢 | ||||||
| 盘30-37增压点 | 加热炉盘管3个月结垢2～2.5cm | 0.2 | 0.05 | 0.15 | 0.15 | 0.05 | 0.1 | 2006年7月打开外输锅炉有结垢轻微 |
| 盘29-36增压点 | 加热炉盘管3-4个月结垢2～3cm | |||||||
| 盘六转 | 加热炉盘管4个月结垢2～3cm | 0.3 | 0.15 | 0.15 | 0.2 | 0.15 | 0.05 | 2006年5月打开无结垢 |
| 于一转 | 加热炉盘管6个月结垢1～2cm | 0.2 | 0.1 | 0.1 | 0.15 | 0.11 | 0.04 | 2006年10月打开无结垢 |
| 盘39-28增压点 | 加热炉盘管2-3个月结垢2～3cm | 0.3 | 0.2 | 0.1 | 0.2 | 0.15 | 0.05 | 在2006年8月打开后发现有垢点 |
| 盘36-31增压点 | 外输泵2-3个月导叶槽结垢2～3mm | 在2006年8月打开无结垢 | ||||||
| 盘34-33增压点 | 加热炉盘管2-3个月结垢2～2.5cm；外输泵导叶槽结垢2～3mm | 1 | 0.2 | 0.8 | 0.3 | 0.2 | 0.1 | 在2006年8月打开后结垢1mm |
| 盘38-38增压点 | 0.8 | 0.5 | 0.3 | 0.25 | 0.15 | 0.1 | 在2006年8月打开后发现有小垢点 | |
| 盘60-21增压点 | 加热炉盘管2个月结垢2～2.5cm | 1.8 | 0.8 | 1 | 0.3 | 0.1 | 0.2 | 在2006年8月打开后结垢轻微 |
| 吴410 | 收球筒进口管线4个月垢厚2-3cm | 在2006年8月结垢轻微 | ||||||
| 洼三 | 收球筒进口管线3个月垢厚2-4cm | 在2006年10月无结垢 | ||||||
| 吴420区 | 投产3个月收球筒进口管线垢厚2cm | 加药时间短，待观察 | ||||||
表5盘39-28等四个站点加热炉进出口压力变化统计
其中盘古梁作业区盘39-28等四个站点添加钡锶阻垢剂后，已正常生产了近17个月，目前加热炉进出口压力与加药前相比没有明显升高趋势，通过防垢观察管观察，基本无结垢或结垢轻微。
为了有效的监控盘39-28等增压点结垢情况以及验证钡锶防垢剂使用效果，建立相应管理制度，在加热炉出口加装防垢观察管定期打开观察结垢情况。05年10月份观察检查时发现各增压点均无结垢现象，观察管内壁光滑洁净。06年5月份观察检查未发现结垢。06年10月份观察检查时发现各钡锶垢投加点结垢情况与06年5月份检查情况一致，管内壁洁净平滑，未发现结垢现象，现场照片如图1和图2所示。
综上所述：通过对盘39-28增、盘36-31增、盘38-38增、盘34-33增、盘60-21增压点在投加钡锶阻垢剂前后的加热炉进出口压力、观察管结垢照片、化验对比分析，可以认定钡锶阻垢剂现场应用效果良好，大大缓解了生产矛盾，可满足油田生产需要，具有长远经济效益。
本发明的阻垢剂适用于原油生产过程中的一系列处理系统包括井下、地面集输系统、沉降脱水系统、加热降凝系统、注水系统等工艺过程中的热交换器、加热炉、沉降罐、三相分离器、注水管线、原油集输管线以及阀组间等设备和管线中使用，特别适合于原油、油田产出水及油田注入水等介质的防垢，该阻垢剂的加量是50～150mg/L，凝固点≤-5℃，常温下使用。
附图说明
图1为加药前盘60-21增压点加热炉盘管进口结垢图；
图2为加药后经一年半运行后的现场照片。
具体实施方式
实施例1
1.膦基马来酸酐类共聚物的合成
按照化学反应计量准备原料：马来酸酐，丙烯酸，丙烯酸甲酯，次磷酸钠和过硫酸铵。
主要设备采用：电动搅拌器、三颈反应瓶、冷凝装置和恒温加热套。
具体合成方法为：在装有搅拌器、冷凝管、液滴漏斗、温度计的反应瓶中，先加入少量的水，再将化学计量的马来酸酐加入盛有水的反应瓶中，在不断搅拌下升温至50℃～60℃，滴加丙烯酸和丙烯酸甲酯的混合液以及次磷酸钠、过硫酸铵水溶液到反应瓶中，升温至85℃～90℃，反应4h，得淡黄色透明粘稠液体即为产品。
2.有机膦酸盐类共聚物的合成
按照化学反应计量准备原料：乙二胺、甲醛、三氯化磷。
主要设备采用：设备电动搅拌器、四口烧瓶、电热套、温度计、冷凝装置、滴加装置、尾气吸收装置。
具体合成方法为：先将定量的乙二胺和水加入烧瓶中，然后慢慢滴加甲醛溶液，加完醛后慢慢滴加三氯化磷，控制反应温度40℃。加完五氧化二磷后，升温至100℃～105℃左右，继续反应一定时间。冷却后得棕黄色透明液体即为产品。
3.钡锶阻垢剂的合成
将上述膦基马来酸酐类共聚物和有机膦酸盐类共聚物按照1∶0.3～0.5的比例混合，即得。所得钡锶阻垢剂为浅黄色粘稠透明液体，固含量≥40％，密度(20℃)为1.1～1.3g/cm3，凝固点≤-5℃，PH值5～7(1％水溶液)，极易溶于水。
实施例2
具体制备方法同实施例1，原料选择上有所变化：即依然按照各化学制剂的化学反应剂量准备原料：
1.膦酸马来酸酐共聚物所用原料：马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸甲酯、次磷酸钾和过氧化钾；
2.有机膦酸盐共聚物所用原料：乙二胺、乙醛和磷酸钠；
3.上述膦酸马来酸酐共聚物和有机膦酸盐共聚物按照1∶1比例混合即可。
实施例3
具体制备方法同实施例1，原料选择上有所变化：即依然按照各化学制剂的化学反应剂量准备原料：
1.膦酸马来酸酐共聚物所用原料：马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸甲酯、次磷酸钾和过氧化钠；
2.有机膦酸盐共聚物所用原料：乙二胺、甲醛和磷酸钠；
3.上述膦酸马来酸酐共聚物和有机膦酸盐共聚物按照1∶1比例混合即可。
实施例4
具体制备方法同实施例1，原料选择上有所变化：即依然按照各化学制剂的化学反应剂量准备原料：
1.膦酸马来酸酐共聚物所用原料：马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸甲酯、次磷酸钾和过氧化钾；
2.有机膦酸盐共聚物所用原料：乙二胺、乙醛和五氧化二磷；
3.上述膦酸马来酸酐共聚物和有机膦酸盐共聚物按照1∶1比例混合即可。
实施例5
具体制备方法同实施例1，原料选择上有所变化：即依然按照各化学制剂的化学反应剂量准备原料：
1.膦酸马来酸酐共聚物所用原料：马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸甲酯、次磷酸钾和过氧化钠；
2.有机膦酸盐共聚物所用原料：乙二胺四甲叉膦酸、甲醛和五氧化二磷；
3.上述膦酸马来酸酐共聚物和有机膦酸盐共聚物按照1∶1比例混合即可。
实施例6
所有原料的选择及制备方法均同实施例1，只是膦酸马来酸酐共聚物和有机膦酸盐共聚物按照1∶0.3～0.5比例混合即可。
实施例7
所有原料的选择及制备方法均同实施例3，只是膦酸马来酸酐共聚物和有机膦酸盐共聚物按照1∶1比例混合即可。
Claims (8)
1.一种钡锶阻垢剂，其特征在于该阻垢剂是由膦酸马来酸酐共聚物和有机膦酸盐类共聚物按照1∶0.3～0.5的比例复配而成，
其中膦酸马来酸酐共聚物是由马来酸酐、丙烯酸、丙烯酸甲酯、含磷化合物和过氧化物水溶液按照化学剂量反应合成；
有机膦酸盐类共聚物是由有机胺、醛类和无机磷化物按照化学剂量反应合成。
2、按照权利要求1所述的钡锶阻垢剂，其特征在于所述的膦酸马来酸酐共聚物的合成反应过程为：首先在反应瓶中加入少量水，再将马来酸酐加入其中，在不断搅拌状态下升温至50℃～60℃，后滴加丙烯酸和丙烯酸甲酯混合液及含磷化合物、过氧化物水溶液，升温至80℃～90℃，反应4～5小时，冷却后调整PH值为5～7即得。
3、按照权利要求1或2所述的钡锶阻垢剂，其特征是：所述的含磷化合物为次磷酸钠或次磷酸钾。
4、按照权利要求1或2所述的钡锶阻垢剂，其特征是：所述的过氧化物为过硫酸铵、过氧化钾或过氧化钠。
5、按照权利要求1所述的钡锶阻垢剂，其特征在于所述的有机膦酸盐类共聚物的合成反应过程为：首先将有机胺和水加入烧瓶中，然后慢慢滴加醛类溶液，再慢慢滴加无机磷化物，控制反应温度35℃～45℃，待加完无机磷化物后，升温至100℃～105℃，反应2～3小时，即可。
6、按照权利要求1或5所述的钡锶阻垢剂，其特征是：所述有机胺为乙二胺或乙二胺四甲叉膦酸。
7、按照权利要求1或5所述的钡锶阻垢剂，其特征是：所述醛类为甲醛或乙醛。
8、按照权利要求1或5所述的钡锶阻垢剂，其特征是：所述无机磷化物为三氯化磷或五氧化二磷、磷酸钠。
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