CN103642479A - 用于管道内壁残留油井水泥沉积层的清洗剂 - Google Patents

用于管道内壁残留油井水泥沉积层的清洗剂 Download PDF

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刘秀军
和建勇
张文文
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Abstract

本发明公开了一种用于管道内壁残留油井水泥沉积层的清洗剂,包括以下质量百分比的组分常温下复配而成:混合酸0.5%-20%、渗透分散剂0.1%-5%、缓蚀剂0.1%-10%、螯合剂2%-10%在常温下不经过复杂化学反应而复配成的一种清洗剂。本发明的清洗剂适用于多种金属及其合金管道的内壁的水泥垢层清洗,使机械设备、测量仪器上残存的水泥垢层快速彻底剥离,缩短清洗时间,降低生产维护成本,使用方便。

Description

用于管道内壁残留油井水泥沉积层的清洗剂
技术领域
[0001] 本发明涉及水泥沉积层的清洗剂,尤其是一种用于管道内壁残留油井水泥沉积层的清洗剂。
背景技术
[0002] 油井水泥主要成分为硅酸钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙,油井水泥广泛应用于石油和天然气的钻井和固井等注水泥作业,也可用于水井、盐井及污水处理井的封固。油井水泥的广泛应用,同样带来凝固后的残余水泥清洗难的问题。
[0003] 油井水泥的在油气田的大量使用,导致很多机械设备、精密仪器不可避免的接触水泥垢,使用后造成水泥垢层沉积,短时期内导致设备精度下降、寿命缩短,长时间使用后,可能导致管道堵塞,设备报废,严重影响日常的生产。因此,研究一种针对水泥沉积垢层的清洗剂变得尤为重要。目前,清洗作业中主要使用的方法有浸溃法、喷淋法及超声清洗法,这些方法的前提是清洗剂的使用。
[0004] 国内外关于沉积垢层的相关报道,多是针对设备在使用工业用水时产生的碳酸盐、硅酸盐的阻垢、除垢、缓蚀等方面的研究,对于直接水泥流通管道的水泥沉积硬化层方面的清洗则非常少。油井 水泥硬化垢层清洗过程主要的问题是清洗液难以渗透进入长时间积累的孔隙率极低的致密的硬化水泥垢层内部,同时酸液、螯合剂、渗透剂的配伍性及协同效应的发挥与这几种组分的深入研究也较少。目前研究较为深入的为阻垢剂的研究,主要集中在高分子化合物的使用,在冷却水系统、锅炉系统中使用较多,例如纤维素、葡萄糖酸钠、淀粉、木质素、聚马来酸、聚羧酸类高分子等,这些组分往往不稳定存在、易分解、杂质含量较高,造成清洗成本较高,不适宜长时间存放与使用。固体有机酸作为主要成分的清洗剂,如柠檬酸、氨基磺酸等常用作锅炉、管道水垢的清洗,对管道壁、锅炉壁低腐蚀的优点,但是清洗时一般都要求温度较高,这种清洗难以对长距离管道及水泥质量流量计等测量装置的清洗。有机膦酸盐由于有较强的配位体在阻垢清洗上使用较多,例如多氨基多醚基亚甲基膦酸(PAPEMP)、乙二胺四亚甲基膦酸钠(EDTMPS)、羟基亚乙基二膦酸(HEDP)等使用较多,这种有机膦酸盐往往与聚羧酸复配使用,对CaC03、Ca3(P04)2、CaS04阻垢性能优异,能够与多种金属离子螯合,形成大分子网状络合物,使垢层正常结晶被破坏,进而达到清洗除垢的目的,同时有机膦酸盐还有较好的缓蚀效果。
[0005] 国家发明专利CN201210481355公开了一种锅炉复合除垢剂,其主要成分为聚丙烯酸钠、碳酸钠、羟基亚乙基二膦酸钠、腐植酸钠,这四种物质在水中的浓度均为20mg/L,使用此除垢剂成本低廉,使用方便,有较好的除垢功能,并且清洗时可在锅炉运行时进行,减轻了体力劳动并提高了设备利用率。
[0006] 发明专利CN201210062570发明了一种用于水循环冷却水的复合型缓蚀阻垢剂,A液与B液按重量比1-3:1混合,其中A液丙烯酸-丙烯酸羟丙酯-AMPS共聚物30_35%,羟基亚乙基二膦酸10-15%,氨基三亚甲基膦酸5-10%,2-磷酸基丁烷-1,2,4三羧酸15_20%,多氨基多醚基亚甲基膦酸10-15%,苯并三唑0.5-1%,乙醇1-2%,余量为水;B液成分:多元醇磷酸酯20-25%,α -羟基磷酸基乙酸5-10%,氧化锌1_5%,硫酸4_10%,三聚磷酸钠0_1%,苯并三唑1_2%,酒精1-2%,余量水。此发明能在高硬、高pH的水中使用,对硫酸钙、碳酸钙、磷酸钙、硅垢有很好的阻垢效果,腐蚀性离子不多。
[0007] Betz公司的专利US5100558采用HEDP、聚氧乙烯和丙烯酸与丙烯基羟丙基磺酸醚共聚物(PAA/AHPSE)的复配配方制得的复配试剂来控制硅垢的沉积。该专利主要集中在控制垢层的形成。
[0008] 上述专利及研究主要针对工业用水所形成的垢层的阻垢、缓蚀,这些垢层相对而言清洗剂较易渗透,对沉积机理也比较明了,针对性强。但水泥垢层往往比较致密、孔隙率低、硬化水泥垢层的形成机理及性质研究相对较少。实际的水泥垢层清洗中,必须考虑清洗剂中组分的相互协同效应、对设备的腐蚀、精密度破坏等问题。
发明内容
[0009] 本发明所要解决的技术问题是,提供一种高浸透性、能有效剥离沉积片层结构、对金属管道几乎没有损伤的用于管道内壁残留油井水泥沉积层的清洗剂。
[0010] 为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种用于管道内壁残留油井水泥沉积层的清洗剂,包括以下质量百分比的组分常温下复配而成:
[0011]
Figure CN103642479AD00041
[0012] 所述混合酸为盐酸、氢氟酸、氨基磺酸、聚马来酸、柠檬酸的一种或多种,各成分及其配比按重量百分浓度如下:盐酸0-20%,氢氟酸0-20%,氨基磺酸0-5%,聚马来酸5-10%,柠樣酸5-10%。
[0013] 所述渗透分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚和/或乙二胺四亚甲基膦酸钠的混合液,其中脂肪醇聚氧乙烯醚碳链长为8-15碳原子,聚氧乙烯链段为6-16个单元。
[0014] 所述缓蚀剂为咪唑啉缓蚀剂。
[0015] 所述咪唑啉缓蚀剂为烷基咪唑啉季铵盐型,烷基部分碳链长度为12-22碳原子。
[0016] 所述螯合剂是己二胺四亚甲基膦酸和羟基亚乙基二膦酸一种或两种的组合。
[0017] 本发明的有益效果是:解决了金属管道内壁表面残存的油井水泥去除难度大、清洗时间长、对金属表层破坏严重等问题。该清洗剂的明显优势在于快速渗透、表面水泥垢层呈现出小块、片层状剥离的特点,并有效防止清洗过程中清洗剂对金属表面的腐蚀破坏。该清洗液在常温下操作,不需加温,清洗操作简便,现场实施性较高,成本低廉。
具体实施方式
[0018] 本发明的用于管道内壁残留油井水泥沉积层的清洗剂,包括以下质量百分比的组分常温下复配而成:
[0019]
Figure CN103642479AD00051
[0020] 所述混合酸为盐酸、氢氟酸、氨基磺酸、聚马来酸、柠檬酸的一种或多种,各成分及其配比按重量百分浓度如下:盐酸0-20%,氢氟酸0-20%,氨基磺酸0-5%,聚马来酸5-10%,柠樣酸5-10%。
[0021] 所述渗透分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚和/或乙二胺四亚甲基膦酸钠的混合液,其中脂肪醇聚氧乙烯醚碳链长为8-15碳原子,聚氧乙烯链段为6-16个单元。
[0022] 所述缓蚀剂为咪唑啉缓蚀剂。
[0023] 所述咪唑啉缓蚀剂为烷基咪唑啉季铵盐型,烷基部分碳链长度为12-22碳原子。
[0024] 所述螯合剂是己二胺四亚甲基膦酸和羟基亚乙基二膦酸一种或两种的组合。
[0025] 本发明优选G级高抗油井水泥酸洗剂。通过实验比较G级高抗油井水泥在各种酸洗液中的散化率,分析酸腐蚀残余物,从中筛选出溶解分散效率高、来源广泛的盐酸、氢氟酸、氨基磺酸、聚马来酸、柠檬酸作为水泥清洗的酸洗主剂。该类酸之间及与其它添加剂都具有良好的复配性。
[0026] 优选渗透分散剂、缓蚀剂、螯合剂等试剂,此类试剂要在酸中稳定的存在,有较好的配伍性。渗透分散剂对水泥接触角最小,润湿性能最好的是脂肪醇聚氧乙烯醚和乙二胺四亚甲基膦酸钠;动静态缓蚀实验结果发现,缓蚀效率最高的是咪唑啉类缓蚀剂:烷基咪唑啉季铵盐型,烷基部分碳链长度为12-22碳原子;优选螯合能力较强的己二胺四亚甲基膦酸、羟基亚乙基二膦酸作为螯合剂,能够与多个金属离子螯合形成多个单体结构大分子网状络合物,松散的分散于水中,使钙垢正常结晶被破坏,避免了二次沉积。
[0027] 用上述G级油井水泥酸洗剂和上述渗透分散剂、缓蚀剂及螯合剂进行复配,优化清洗参数、清洗工艺,达到清洗效果。
[0028] 下面结合实施例进一步叙述本发明。但具体实施例不限制本发明的权利要求。
[0029] 本发明的清洗剂制备方法是将混合酸、渗透分散剂、缓蚀剂、螯合剂等常温混合而成。所述的混合酸为盐酸、氢氟酸、氨基磺酸、聚马来酸、柠檬酸的一种或多种,按最终形成的浓度计算出各种酸的使用量,混合上述酸中的一种或多种,常用的重量百分浓度如下为盐酸0-20%,氢氟酸0-20%,氨基磺酸0-5%,聚马来酸5-10%,柠檬酸5-10% ;所述的渗透分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚和/或乙二胺四亚甲基膦酸钠的混合液,其中脂肪醇聚氧乙烯醚碳链长为8-15碳原子,聚氧乙烯链段为6-16个单元;所述的缓蚀剂,为咪唑啉缓蚀剂,优选烷基咪唑啉季铵盐型,烷基部分碳链长度为12-22碳原子;所述的螯合剂,是己二胺四亚甲基膦酸、羟基亚乙基二膦酸一种或两种。这些混合酸、渗透分散剂、缓蚀剂、螯合剂的配制方法多样,不限于单一的顺序混合。该清洗剂配方克服了油井水泥垢层难以渗透的难题,并且垢层的清洗并不以全部溶解为代价,而是溶解与分散作用,分散的油井水泥垢碎屑在清洗循环中可以脱离清洗体系,提高了清洗剂的利用效率,缩短了清洗时间,也避免了二次沉积的机会。对油井水泥沉积在直径为100mm以下的有流动通道的管道,在72小时内都能将沉积的油井水泥垢层清洗完毕。上述所用的各种试剂都很容易在市场中购得,来源充足,不经过复杂的化学反应就可以简单复配,使用方便,价格合理。清洗剂的使用可以配合泵的循环或者浸溃,用泵循环效果比静态浸溃速率要快。用清洗剂清洗完毕,用水冲至pH为中性,必要时可以钝化。所述的配制混合方法、泵的循环、浸溃、钝化基本同于现有技术,没有本质区别。
[0030] 根据金属管道内壁沉积的硬化水泥垢层的结构与性质,混合酸先在致密的水泥表层破坏垢层的网络结构,刻蚀出使渗透剂进入的微通道,渗透剂钻穿更细小的微通道,再利用清洗液的溶解分散作用,逐层剥离沉积垢层,使清洗液组分高效能发挥作用。同时咪唑啉酸液缓蚀剂能有效保护金属表面。
[0031 ] 本发明未述及之处适用于现有技术。
[0032] 实施例1
[0033] 将相当于清洗液总质量百分数1%的脂肪醇聚氧乙烯醚,12%的盐酸、10%的氢氟酸、1%的乙二胺四亚甲基膦酸钠,2%的咪唑啉季铵盐缓蚀剂,5%的羟基亚乙基二膦酸,混合均匀制成清洗剂。将混合好的清洗剂用泵输送入沉积平均厚度为10mm的直径为50mm的不锈钢管道内,循环清洗,16h后垢层已清洗干净。清洗完毕后,用清水冲净即可。将该管道材质的钢片挂片到搅拌的本例中的清洗液中,腐蚀速率为0.06g/m2h.[0034] 实施例2
[0035] 将相当于清洗液总质量百分数1%的脂肪醇聚氧乙烯醚,15%的氢氟酸、10%的聚马来酸、1%的乙二胺四亚甲基膦酸钠,1%的咪唑啉季铵盐缓蚀剂,2%的己二胺四亚甲基膦酸,混合均匀制成清洗剂。将混合好的清洗剂用泵输送入沉积平均厚度为5_的直径为50_的碳钢管道内,循环清洗,24h后垢层已清洗干净。清洗完毕后,用清水冲净、钝化。将该管道材质的钢片挂片到搅拌的本例中的清洗液中,腐蚀速率为0.15g/m2h.[0036] 实施例3
[0037] 将相当于清洗液总质量百分数1%的脂肪醇聚氧乙烯醚,5%的氨基磺酸、10%的聚马来酸、1%的咪唑啉季铵盐缓蚀剂,2%的己二胺四亚甲基膦酸,混合均匀制成清洗剂一。将20%的氢氟酸及1%的咪唑啉季铵盐缓蚀剂混合液作为清洗剂二。将清洗剂一用泵输送入沉积平均厚度为10mm的直径为50mm的碳钢管道内,循环清洗3h,再用清洗剂二循环lh;如此交替处理20h后垢层清洗干净。清洗完毕后,用清水冲净、钝化。将该管道材质的钢片挂片到搅拌的本例中的清洗液中,腐蚀速率为0.12g/m2h.[0038] 综上所述,本发明的内容并不局限在上述的实施例中,相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例,但这种实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (6)

1.一种用于管道内壁残留油井水泥沉积层的清洗剂,其特征在于,包括以下质量百分比的组分常温下复配而成:
Figure CN103642479AC00021
2.根据权利要求1所述的用于管道内壁残留油井水泥沉积层的清洗剂,其特征在于,所述混合酸为盐酸、氢氟酸、氨基磺酸、聚马来酸、柠檬酸的一种或多种,各成分及其配比按重量百分浓度如下:盐酸0-20%,氢氟酸0-20%,氨基磺酸0-5%,聚马来酸5-10%,柠檬酸5-10%ο
3.根据权利要求1所述的用于管道内壁残留油井水泥沉积层的清洗剂,其特征在于,所述渗透分散剂为脂肪醇聚氧乙烯醚和/或乙二胺四亚甲基膦酸钠的混合液,其中脂肪醇聚氧乙烯醚碳链长为8-15碳原子,聚氧乙烯链段为6-16个单元。
4.根据权利要求1所述的用于管道内壁残留油井水泥沉积层的清洗剂,其特征在于,所述缓蚀剂为咪唑啉缓蚀剂。
5.根据权利要求4所述的用于管道内壁残留油井水泥沉积层的清洗剂,其特征在于,所述咪唑啉缓蚀剂为烷基咪唑啉季铵盐型,烷基部分碳链长度为12-22碳原子。
6.根据权利要求1所 述的用于管道内壁残留油井水泥沉积层的清洗剂,其特征在于,所述螯合剂是己二胺四亚甲基膦酸和羟基亚乙基二膦酸一种或两种的组合。
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