CN103837657B - 一种适用于深层卤水阻垢剂性能评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于深层卤水阻垢剂性能评价方法，包括（1）分析、确定深层卤水中在提取过程中易析晶、结垢的离子；（2）向待测深层卤水中加入阻垢剂，于恒温水浴中加热浓缩，做平行样，同时做同等条件下做空白样；（3）制待测平行样，空白样同等条件下做同样处理，制得待测空白样；（4）测待测平行样、待测空白样中易析晶、结垢离子的浓度，将步骤测得的待测平行样、待测空白样中易析晶、结垢离子的浓度数据代入公式：

Description

一种适用于深层卤水阻垢剂性能评价方法

技术领域

本发明涉及一种适用于深层卤水阻垢剂性能评价方法，属于资源环境技术领域。

背景技术

据调查，黄河三角洲地区深层卤水为Cl-Na型的原生卤水，矿化度为50-336g/L，并且含有钙、镁、钡、锶及硫酸根等易结垢的离子，随着地下地质条件及其采提过程中温度和压力的变化，卤水所含组分间会发生不同的析晶、结垢现象，所以需要加入阻垢剂来抑制析晶、结垢现象的产生。目前，在地下卤水的开采领域，已开发了较多的阻垢剂，但目前，关于对深层卤水阻垢剂阻垢性能的评价方法还没有文献报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种适用于深层卤水阻垢剂阻垢性能的评价方法。该方法对于各深度、各矿化度的地下卤水的阻垢评价均适用，可在快速有效地评价出某阻垢剂对地下卤水的阻垢效果，并且高效、准确。为阻垢剂的选择及应用提供了一种可靠有效地评价手段。

术语说明：

深层卤水：取自黄河三角洲地区地下1500～3000m处的卤水。

本发明的技术方案如下：

一种适用于深层卤水阻垢剂性能评价方法，包括如下步骤：

（1）室温下，测深层卤水中离子浓度及全盐量，得初始离子浓度，采取深层卤水中的垢样，对垢样成分进行X射线衍射分析，根据分析结果，确定深层卤水中在提取过程中易析晶、结垢的离子；初始离子浓度中易析晶、结垢离子的浓度为初始易析晶、结垢离子浓度；

本发明易析晶、结垢的离子的确定，根据深层卤水中离子浓度及全盐量，深层卤水中离子浓度相对较大的离子初步确定易析晶离子；然后对深层卤水的垢样的X射线衍射分析，根据分析结果，确定易结垢离子，最后根据初步确定的易析晶离子及易结垢离子两次结果结合分析，最终确定易析晶、结垢的离子，例如，Na+虽不是易结垢离子，但初步确定易析晶离子时，离子浓度相对较大，对深层卤水结垢起着重要的作用，钙、钡、锶虽然在卤水中相对钠离子较少，但却是易结垢离子，所以确定钠、钙、钡、锶为易析晶结垢的离子。

（2）向待测深层卤水中加入阻垢剂，阻垢剂的投加量为每升待测卤水加入20～30mg的阻垢剂，然后于70～80℃的恒温水浴中加热浓缩，每隔15min取样一次，直至浓缩至含阻垢剂的深层卤水水样原体积的3/5～4/5，制得深层卤水水样浓缩液，记做平行样；取待测深层卤水，不加阻垢剂，同等条件下做空白样；

（3）将步骤（2）的深层卤水水样浓缩液加水稀释500～600倍，加入浓硝酸进行消解，所述浓硝酸的加入量为稀释后深层卤水水样浓缩液体积的1/10～2/10，然后加热煮沸至水样样品透明清澈，冷却至室温后加入质量分数为2～5%的硝酸定容，制得待测平行样，空白样同等条件下做同样处理，制得待测空白样；

（4）用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）分别测待测平行样、待测空白样中易析晶、结垢离子的浓度，

（5）易析晶、结垢离子阻垢率η(％)的计算：

将步骤（4）测得的待测平行样、待测空白样中易析晶、结垢离子的浓度数据代入公式： $\mathrm{\η}=\frac{\mathrm{Ce}-\mathrm{Co}}{\mathrm{Cb}-\mathrm{Co}}$

式中，η为阻垢率，%；

C_e为待测平行样中易析晶、结垢离子浓度，mg/L，

C_o为待测空白样易析晶、结垢离子浓度，mg/L；

Cb为初始易析晶、结垢离子浓度乘以理想浓缩倍数k

理想浓缩倍数k=待测平行样中Br-浓度／初始离子Br-浓度。

本发明通过阻垢率可以直观的表示出该阻垢剂对深层地下卤水阻垢性能的好坏，从而为阻垢剂的选择提供了一种可靠有效地评价手段。计算得到的阻垢率（η）越大的阻垢剂对深层地下卤水阻垢效果越好，阻垢率越小的阻垢剂对深层地下卤水阻垢效果越差。

本发明优选的，一种适用于深层卤水阻垢剂性能评价方法，还包括以下步骤：

通过步骤（5）的理想浓缩倍数k和易析晶、结垢离子浓缩倍数σ对深层卤水阻垢剂性能进行评价，以理想浓缩倍数k为横坐标，易析晶、结垢离子浓缩倍数σ为纵坐标，绘制地下深层卤水无结垢理想浓缩曲线和易析晶、结垢离子的浓缩曲线图，无结垢理想浓缩曲线是以理想浓缩倍数k为横坐标，σ为纵坐标进行绘制，k=σ；平行样（原水）浓缩曲线是以理想浓缩倍数k为横坐标，实际浓缩倍数σ为纵坐标进行绘制，易析晶、结垢离子的浓缩曲线图，上述曲线中的点为每隔15min取样一次的点值，离无结垢理想浓缩曲线的远近，代表阻垢效果的强弱，离无结垢理想浓缩曲线近的，阻垢剂的阻垢效果越好，离无结垢理想浓缩曲线远的，阻垢剂的阻垢效果越弱。

其中，易析晶、结垢离子浓缩倍数σ=待测平行样中易析晶、结垢离子浓度／初始易析晶、结垢离子浓度。

本发明优选的，步骤（1）中全盐量是采用重量法测得的，地下卤水中初始离子浓度是采用离子选择电极法、分光光度法、比浊法和电感耦合等离子发射光谱法测得。

进一步优选的，地下卤水中阴离子的初始离子浓度是用离子选择电极法、分光光度法、比浊法测得，阳离子的初始离子浓度是用电感耦合等离子发射光谱法测得。

本发明优选的，步骤（3）中浓硝酸的质量分数为65～68%。

本发明的深层卤水为地下1500～3000m处的卤水。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的方法对于各深度、各矿化度的地下卤水的阻垢评价均适用，可在较短时间内有效地评价出某阻垢剂对地下卤水的阻垢效果，并且高效、准确。为阻垢剂的选择及应用提供了一种可靠有效地评价手段。

（2）本发明的阻垢率可以直观的表示出该阻垢剂对深层地下卤水阻垢性能的好坏，从而为阻垢剂的选择提供了一种可靠有效地评价手段，且操作简单。

（3）本发明的浓缩曲线简单直观，对工业采提卤过程中防垢抑垢有着较好的指导作用。

附图说明

图1为实施例1中加入阻垢剂A的浓缩曲线图，其中，带有实心方框的曲线为无结垢理想浓缩曲线，带有实心圆点的曲线为不加阻垢剂原水（也即空白样）浓缩曲线，带有实心三角的曲线为加入阻垢剂A（也即平行样）后的浓缩曲线；

图2为实施例1中加入阻垢剂B的浓缩曲线图，其中，带有实心三角的曲线为加入阻垢剂B（也即平行样′）后的浓缩曲线；

图3为实施例1中加入阻垢剂A的浓缩曲线图和加入阻垢剂B的浓缩曲线图，其中，带有实心三角的曲线为加入阻垢剂A（也即平行样）后的浓缩曲线；带有实心倒三角的曲线为加入阻垢剂B（也即平行样′）后的浓缩曲线；

图4为实施例2中加入阻垢剂A的浓缩曲线图，其中，带有实心方框的曲线为无结垢理想浓缩曲线，带有实心圆点的曲线为不加阻垢剂原水（也即空白样）浓缩曲线，带有实心三角的曲线为加入阻垢剂A（也即平行样）后的浓缩曲线；

图5为实施例2中加入阻垢剂B的浓缩曲线图，其中，带有实心三角的曲线为加入阻垢剂B（也即平行样′）后的浓缩曲线；

图6为实施例2中加入阻垢剂A的浓缩曲线图和加入阻垢剂B的浓缩曲线图，其中，带有实心三角的曲线为加入阻垢剂A（也即平行样）后的浓缩曲线；带有实心倒三角的曲线为加入阻垢剂B（也即平行样′）后的浓缩曲线。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例中的1#深层卤水取自东营沙河街组4段永89#井，深度为2800m，2#深层卤水取自东营沙河街组4段莱18#井，深度为2300m。

实施例中以阻垢剂A为聚天冬氨酸，阻垢剂B为膦基聚丙烯酸为例来进行说明，实施例中阻垢剂A、阻垢剂B均为常规市购产品，聚天冬氨酸，山东邦迪化学制品股份有限公司有售，膦基聚丙烯酸，枣庄市合泰水处理有限公司有售。

实施例1、

（1）室温下，采用重量法测1#深层卤水中全盐量，测得深层卤水中全盐量为267.2g/L，采用电感耦合等离子发射光谱法测得深层卤水中阳离子的初始离子浓度，采用离子选择电极法测得深层卤水中阴离子的初始离子浓度，采取深层卤水中的垢样，对垢样成分进行X射线衍射分析，确定深层卤水中在提取过程中易析晶、结垢的离子，确定了深层卤水中在提取过程中易析晶、结垢的离子为Na⁺、Ca²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺，待测卤水中Na⁺、Ca²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺的初始离子浓度为初始易析晶、结垢离子浓度；

（2）取3个烧杯，分别装入过滤后的深层卤水水样1000mL，分别加入20mg/L阻垢剂A5mL和20mg/L阻垢剂B5mL，加阻垢剂A的烧杯记做平行样，加阻垢剂B的记做平行样′，另外一个烧杯不加阻垢剂，做空白样，然后将平行样、平行样′和空白样置于80℃恒温水浴锅中加热浓缩，每隔15min取样一次，直至浓缩至800mL为止，制得深层卤水水样浓缩液，

（3）将步骤（2）平行样、平行样′和空白样中的深层卤水水样浓缩液加水稀释500倍，各取50mL于烧杯中，加入质量分数65%的浓硝酸5mL，在电热板上加热煮沸至水样透明清澈，冷却至室温，加质量分数为2%的硝酸25mL，转移到50mL容量瓶中定容。分别制得待测平行样、待测平行样′和待测空白样；

（4）用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）分别测待测平行样、待测平行样′和待测空白样中Na⁺、Ca²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺的浓度，用离子选择电极法测待测平行样、待测平行样′和待测空白样中中Br^-的浓度；

（5）易析晶、结垢离子阻垢率η(％)的计算：

将步骤（4）测得的待测平行样、待测平行样′和待测空白样中易析晶、结垢离子Na⁺、Ca²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺的浓度数据代入公式：

式中，η为阻垢率，%；

C_e为待测平行样中易析晶、结垢离子浓度，mg/L，

C_o为待测空白样易析晶、结垢离子浓度，mg/L；

Cb为初始易析晶、结垢离子浓度乘以理想浓缩倍数k

理想浓缩倍数k=待测平行样中Br-浓度／初始离子Br-浓度。

阻垢率的计算（以Ca2+为例）：

（6）浓缩曲线的绘制（以Ca2+为例）：

通过步骤（5）的理想浓缩倍数k和易析晶、结垢离子浓缩倍数σ对深层卤水阻垢剂性能进行评价，以理想浓缩倍数k为横坐标，易析晶、结垢离子浓缩倍数σ为纵坐标，绘制地下深层卤水无结垢理想浓缩曲线和易析晶、结垢离子的浓缩曲线图，无结垢理想浓缩曲线是以理想浓缩倍数k为横坐标，σ为纵坐标进行绘制，k=σ；平行样（原水）浓缩曲线是以理想浓缩倍数k为横坐标，实际浓缩倍数σ为纵坐标进行绘制，易析晶、结垢离子的浓缩曲线图，上述曲线中的点为每隔15min取样一次的点值，绘制的曲线图如图1-图3所示，

从图1可以看出加入阻垢剂A后，卤水从A点开始析出沉淀，而不加阻垢剂时则从B点开始析出沉淀，说明加入阻垢剂后阻止了原卤水的析晶结垢。同样从图2可以看出阻垢剂B对原卤水的析晶结垢有一定的阻止作用。

从图3可以直观的看出，阻垢剂A相对于阻垢剂B来说对钙离子的配位效果较好，其所能维持的浓缩倍数也越高，阻垢性能好。从图3也可以看出各阻垢剂对此卤水的阻垢情况，可以达到一图多用的效果，对工业采提卤有较好的指导作用。

实施例2、

（1）室温下，采用重量法测2#深层卤水中全盐量，测得深层卤水中全盐量为159.4g/L，采用电感耦合等离子发射光谱法测得深层卤水中阳离子的初始离子浓度，采用离子选择电极法测得深层卤水中阴离子的初始离子浓度，采取深层卤水中的垢样，对垢样成分进行X射线衍射分析，确定深层卤水中在提取过程中易析晶、结垢的离子，确定了深层卤水中在提取过程中易析晶、结垢的离子为Na⁺、Ca²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺，待测卤水中Na⁺、Ca²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺的初始离子浓度为初始易析晶、结垢离子浓度；

（2）取3个烧杯，分别装入过滤后的深层卤水水样1000mL，分别加入30mg/L阻垢剂A10mL和30mg/L阻垢剂B10mL，加阻垢剂A的烧杯记做平行样，加阻垢剂B的记做平行样′，另外一个烧杯不加阻垢剂，做空白样，然后将平行样、平行样′和空白样置于75℃恒温水浴锅中加热浓缩，每隔15min取样一次，直至浓缩至600mL为止，制得深层卤水水样浓缩液，

（3）将步骤（2）平行样、平行样′和空白样中的深层卤水水样浓缩液加水稀释550倍，各取50mL于烧杯中，加入质量分数68%的浓硝酸10mL，在电热板上加热煮沸至水样透明清澈，冷却至室温，加质量分数为2%的硝酸25mL，转移到50mL容量瓶中定容。分别制得待测平行样、待测平行样′和待测空白样；

（4）用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）分别测待测平行样、待测平行样′和待测空白样中Na⁺、Ca²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺的浓度，用离子选择电极法测待测平行样、待测平行样′和待测空白样中中Br^-的浓度；

（5）易析晶、结垢离子阻垢率η(％)的计算：

将步骤（4）测得的待测平行样、待测平行样′和待测空白样中易析晶、结垢离子Na⁺、Ca²⁺、Ba²⁺、Sr²⁺的浓度数据代入公式：

式中，η为阻垢率，%；

C_e为待测平行样中易析晶、结垢离子浓度，mg/L，

C_o为待测空白样易析晶、结垢离子浓度，mg/L；

Cb为初始易析晶、结垢离子浓度乘以理想浓缩倍数k

理想浓缩倍数k=待测平行样中Br-浓度／初始离子Br-浓度。

阻垢率的计算（以Ba²⁺为例）：

阻垢剂A阻垢率η=（160-146）/（147*1.29/1.17-146）×100%=90.22%

阻垢剂B阻垢率η=（155-146）/（147*1.29/1.17-146）×100%=60.15%

（6）浓缩曲线的绘制（以Ba²⁺为例）：

通过步骤（5）的理想浓缩倍数k和易析晶、结垢离子浓缩倍数σ对深层卤水阻垢剂性能进行评价，以理想浓缩倍数k为横坐标，易析晶、结垢离子浓缩倍数σ为纵坐标，绘制地下深层卤水无结垢理想浓缩曲线和易析晶、结垢离子的浓缩曲线图，无结垢理想浓缩曲线是以理想浓缩倍数k为横坐标，σ为纵坐标进行绘制，k=σ；平行样（原水）浓缩曲线是以理想浓缩倍数k为横坐标，实际浓缩倍数σ为纵坐标进行绘制，易析晶、结垢离子的浓缩曲线图，上述曲线中的点为每隔15min取样一次的点值，绘制的曲线图如图4-图6所示，

从图4可以看出加入阻垢剂A后，卤水从C点开始析出沉淀，而不加阻垢剂时则从D点开始析出沉淀，说明加入阻垢剂后阻止了原卤水的析晶结垢。同样从图5可以看出阻垢剂B对原卤水的析晶结垢有一定的阻止作用。

从图6可以直观的看出，阻垢剂A相对于阻垢剂B来说对钡离子的配位效果较好，其所能维持的浓缩倍数也越高，阻垢性能好。从图6也可以看出各阻垢剂对此卤水的阻垢情况，可以达到一图多用的效果，对工业采提卤有较好的指导作用。

Claims (5)

1.一种适用于深层卤水阻垢剂性能评价方法，包括如下步骤：

（1）室温下，测深层卤水中离子浓度及全盐量，得初始离子浓度，采取深层卤水中的垢样，对垢样成分进行X射线衍射分析，根据分析结果，确定深层卤水中在提取过程中易析晶、结垢的离子；初始离子浓度中易析晶、结垢离子的浓度为初始易析晶、结垢离子浓度；

（2）向待测深层卤水中加入阻垢剂，阻垢剂的投加量为每升待测卤水加入20~30mg的阻垢剂，然后于70～80℃的恒温水浴中加热浓缩，每隔15min取样一次，直至浓缩至含阻垢剂的深层卤水水样原体积的3/5～4/5，制得深层卤水水样浓缩液，记做平行样；取待测深层卤水，不加阻垢剂，同等条件下做空白样；

（3）将步骤（2）的深层卤水水样浓缩液加水稀释500～600倍，加入浓硝酸进行消解，所述浓硝酸的加入量为稀释后深层卤水水样浓缩液体积的1/10～2/10，然后加热煮沸至水样样品透明清澈，冷却至室温后加入质量分数为2～5%的硝酸定容，制得待测平行样，空白样同等条件下做同样处理，制得待测空白样；

（4）用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）分别测待测平行样、待测空白样中易析晶、结垢离子的浓度，

（5）易析晶、结垢离子阻垢率η(％)的计算：

将步骤（4）测得的待测平行样、待测空白样中对应的单一一种易析晶、结垢离子的浓度数据代入公式：

η=式中，η为阻垢率，%；

Ce为待测平行样中易析晶、结垢离子浓度，mg/L，

Co为待测空白样易析晶、结垢离子浓度，mg/L；

Cb为初始易析晶、结垢离子浓度乘以理想浓缩倍数k

理想浓缩倍数k=待测平行样中Br-浓度／初始离子Br-浓度。

2.根据权利要求1所述的适用于深层卤水阻垢剂性能评价方法，其特征在于，还包括以下步骤：通过步骤（5）的理想浓缩倍数k和易析晶、结垢离子浓缩倍数σ对深层卤水阻垢剂性能进行评价，以理想浓缩倍数k为横坐标，易析晶、结垢离子浓缩倍数σ为纵坐标，绘制地下深层卤水无结垢理想浓缩曲线和易析晶、结垢离子的浓缩曲线图，无结垢理想浓缩曲线是以理想浓缩倍数k为横坐标，σ为纵坐标进行绘制，k=σ；易析晶、结垢离子的浓缩曲线是以理想浓缩倍数k为横坐标，实际浓缩倍数σ为纵坐标进行绘制，上述曲线中的点为每隔15min取样一次的点值，离无结垢理想浓缩曲线的远近，代表阻垢效果的强弱，离无结垢理想浓缩曲线近的，阻垢剂的阻垢效果越好，离无结垢理想浓缩曲线远的，阻垢剂的阻垢效果越弱，其中，易析晶、结垢离子浓缩倍数σ=待测平行样中易析晶、结垢离子浓度／初始易析晶、结垢离子浓度。

3.根据权利要求1所述的适用于深层卤水阻垢剂性能评价方法，其中特征在于，步骤（1）中全盐量是采用重量法测得的，地下卤水中初始离子浓度是采用离子选择电极法、分

光光度法、比浊法和电感耦合等离子发射光谱法测得。

4.根据权利要求3所述的适用于深层卤水阻垢剂性能评价方法，其中特征在于，地下

卤水中阴离子的初始离子浓度是用离子选择电极法、分光光度法、比浊法测得，阳离子的

初始离子浓度是用电感耦合等离子发射光谱法测得。

5.根据权利要求1所述的适用于深层卤水阻垢剂性能评价方法，其中特征在于，步骤（3）中浓硝酸的质量分数为65~68%。