CN104677775A

CN104677775A - 一种测试含有机碱的螯合剂溶液除钡锶垢性能及对岩心渗透率影响的方法

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Publication number: CN104677775A
Application number: CN201510063845.XA
Authority: CN
Inventors: 李年银; 贺代兰; 刘平礼; 罗志锋; 赵立强; 代金鑫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-02-06
Filing date: 2015-02-06
Publication date: 2015-06-03

Abstract

本发明公开了一种含有机碱的螯合剂溶液除钡锶垢性能的测试方法，其特征在于，包括（1）配制两份体积为100ml且浓度为0.5mol/L的碱溶液；（2）分别向两份碱溶液中加入螯合剂，摇匀使其完全溶解，形成螯合剂浓度为0.1mol/L的碱性螯合剂溶液等步骤。而一种测试含有机碱的螯合剂溶液对岩心渗透率影响的方法，则包括（a）取一块岩心，采用氯化铵溶液对其进行恒压驱替实验，测试其初始渗透率；（b）配制碱性螯合剂溶液等步骤。本发明测量精度高，测量步骤简单，容易操作，为有机碱加入到螯合剂溶液中进行除钡锶垢提供了数据基础。

Description

一种测试含有机碱的螯合剂溶液除钡锶垢性能及对岩心渗透率影响的方法

技术领域

本发明涉及化学领域，具体是指一种测试含有机碱的螯合剂溶液除钡锶垢性能及对岩心渗透率影响的方法。

背景技术

垢是指在一定的温度、压力条件下，由于离子过饱和而形成晶体，因晶体在水中的溶解度较小，从溶液中析出而形成的固体物质。垢的形成是一个复杂的结晶过程，水中悬浮的微粒能成为晶种，而粗糙的管壁或其它杂质离子能加速结晶过程，离子在溶液中的饱和度越低就越容易结晶析出。

油水井结垢是油田开发过程中的常见问题，随着油田的不断开发，这一现象越来越严重。随着各油田开发陆续进入中后期，含水率不断上升，产量陆续下降，除垢和防垢问题成为油田开发的关注焦点。当注入水与地层水不配伍或油气开采过程中地层的温度、压力发生变化时，就可能在地面集输设备和管线、井筒、井下泵、射孔孔眼以及储层形成垢，造成生产管线或设备堵塞，甚者会造成抽油杆拉断，油井关井，甚至报废，极大的影响了原油开采，给油田造成巨大的经济损失。

新疆的鄯善油田目前综合含水达到91.8%，有杆泵采油井占油井总数的93.4%，因为结垢、偏磨、腐蚀等原因造成油井产量降低，大大缩短了检泵周期。大庆的朝阳沟油田结垢井超过总井数的40%，并且约以每年100口井的速度增长。朝阳沟油田结垢物中成分为：碳酸钙44%-56%，有机物14%-35%，铁垢1%-18%，酸不溶物2%-11%。长庆的马岭油田有结垢井 127 口，占目前生产井的33%，结垢站36座，占5.1%。安塞油田为新开发油田，近年来也先后发现井、站结垢趋势不断上升。胜利油田的纯梁樊41块有油井14口，其中大部分油井的结垢情况严重，平均酸洗周期3-6个月，对油田生产造成了严重的不利影响。从苏伊士湾油田的第一级脱盐装置排水管上取下的酸不溶的结垢物为硫酸盐。该油田由于垢的腐蚀使得两座单向原油处理器的加热管穿孔，加热的原油从孔眼而流到了燃烧器上，导致了严重的火灾事故。挪威海中高温高压的凝析气田—Smorbukk油田，通过水下油井合采的方法进行作业，在开采过程中，工作人员发现严重的碳酸钙结垢问题，在历经7-10个月后，由于结垢堵塞而被迫关井。此外，墨西哥、得克萨斯和路易斯安那州的油田地上生产设备中存在碳酸钙和硫酸钡结垢，以及南得克萨斯、布内拉斯加和新墨西哥州油井中的硫酸钙和碳酸钙的结垢情况都比较严重。由此可见，油水井结垢问题是全世界油田开发都面临的一个巨大挑战，面对国内外各大油田的结垢趋势不断上升，除垢和防垢问题也受到人们越来越多的关注。

分析油田结垢的原因，主要有两大类：一是地层水矿化度较高，在采油过程中由于地层温度、压力等的变化而打破了地层水之前的化学平衡，从而产生垢，这是我国陆上油田结垢的主要原因，垢样成分以碳酸钙为主，还有一部分碳酸镁和碳酸钙；二是由于两种或两种以上不相容的水混合，离子之间的相互作用而生成垢，如硫酸钡和硫酸锶垢，海上油田注海水开发过程中，地层水中的钡锶离子与海水中的硫酸根相互作用，生成难以去除的钡锶垢。

而目前所发现能在水中产生的垢超过百余种，但是在油田生产中常见的垢主要有：碳酸钙（镁）、硫酸钙（镁）、硫酸钡和硫酸锶，这些也是油田生产中危害最大的垢。一般情况下，油田垢为混合垢，基本上很难见到单一成分的垢。

目前常用的除无机垢技术有：机械除垢、物理除垢、化学除垢。化学除垢具有一些物理除垢和机械除垢无法比拟的优势，例如应用范围广、作用空间大和除垢效率高等，因此成为油田除垢的主要技术。针对不同的垢需采用不同的除垢剂，采用无机酸或有机酸等进行酸化处理可除碳酸盐垢；选择NaCl、DTPA 和钙转化剂能清除硫酸钙垢；垢转化剂和螯合剂用于清除硅酸钙垢；螯合剂和冠醚类化学剂用于清除硫酸钡和硫酸锶垢。

硫酸钡、硫酸锶垢是油田最难除的垢之一，一般的酸溶液对其无能为力，因此需要选用合适的除垢剂。有机络合剂是以有机基团为配位体的络合物，其最典型的代表是氨羧络合剂，在一定条件下它可通过其多个配位键与金属离子形成比垢稳定的，易溶于水的螯合物，从而被广泛应用于以Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺盐为主要成分的难于被酸除去垢的化学处理。

常见的螯合剂有DTPA、TTHA、 NTA、EDTA等，但这几种螯合剂直接在水溶液中的溶解度极低，不能达到除垢的目的；另外溶垢能力差，与垢反应速度慢；但是用碱对上述螯合剂进行改性，可大大增加其在水溶液中的溶解度和除垢速度。一般情况，常用的螯合剂改性剂为无机碱NaOH，但是强无机碱常会与矿物反应生成沉淀，并增加储层的可移动微粒；碱剂与矿物反应增加孔隙流体中Ca²⁺、Mg²⁺等二价阳离子的数量，进而形成难溶的碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐等沉淀；矿物间的协同效应、温度降低、碱耗和碱液浓度降低均可导致溶解的硅和铝再沉淀，从而降低储层的渗透率。如何克服上述问题是人们所急需解决的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种测试含有机碱的螯合剂溶液除钡锶垢性能及对岩心渗透率影响的方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种含有机碱的螯合剂溶液除钡锶垢性能的测试方法，包括以下步骤：

（1）配制两份体积为100ml且浓度为0.5mol/L的碱溶液；

（2）分别向两份碱溶液中加入螯合剂，摇匀使其完全溶解，形成螯合剂浓度为0.1mol/L的碱性螯合剂溶液；

（3）向其中一份碱性螯合剂溶液中加入质量为2g的 BaSO₄，另一份碱性螯合剂溶液中则加入质量为2g的 SrSO₄；

（4）将步骤（3）中的两种溶液分别置于温度为50～90℃的水浴中反应2～10 h后，再进行过滤、干燥、称重；

（5）针对实验现象和实验数据，采用沉淀重量法计算含碱的螯合剂溶液除钡锶垢性能，计算公式为；其中S为含碱的螯合剂溶液除钡锶垢的性能，W₀为干燥滤纸自身的重量，W₁为反应前硫酸钡或硫酸锶的重量，W₂为反应后干燥滤纸和沉淀物的总重量。

进一步的，所述步骤（1）碱溶液中的碱为氢氧化钠、甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺或三乙胺。

步骤（2）中所述的螯合剂为二乙基三胺五乙酸。

步骤（4）中所述的水浴温度为70℃，反应时间为4h。

一种测试含有机碱的螯合剂溶液对岩心渗透率影响的方法，包括以下步骤：

（a）取一块岩心，采用氯化铵溶液对其进行恒压驱替实验，当渗流量趋于稳定时计算其初始渗透率，计算公式为，其中K_i为岩心初始渗透率，Q₁为出口端流量，为氯化铵溶液粘度，L为岩心的长度，A为岩心的横截面积，为岩心入口端与出口端的压差；

（b）配制浓度为0.5mol/L的碱溶液；

（c）向碱溶液中加入螯合剂，摇匀使其完全溶解，形成螯合剂浓度为0.1mol/L的碱性螯合剂溶液；

（d）采用步骤（c）中配制好的碱性螯合剂溶液对步骤（a）中的岩心进行恒压驱替实验，当渗流量趋于稳定时，停止注入碱性螯合剂溶液；

（e）采用氯化铵溶液对步骤（d）中的岩心进行恒压驱替实验，当渗流量趋于稳定时计算该岩心的最终渗透率，计算公式为，其中K_f为岩心最终渗透率，Q₂为出口端流量，为氯化铵溶液粘度，L为岩心的长度，A为岩心的横截面积，为岩心入口端与出口端的压差；

（f）针对步骤（a）和步骤（e）的实验数据进行计算，得出含有机碱的螯合剂溶液对岩心渗透率的影响程度，计算公式为，其中R为含有机碱的螯合剂溶液对岩心渗透率的影响程度，K_f为岩心最终渗透率，K_i为岩心初始渗透率。

步骤（a）和步骤（e）中所述的岩心为砂岩岩心，实验温度为70℃，氯化铵溶液的浓度为4%。

步骤（b）中所述的碱溶液的碱为甲胺。

步骤（c）中所述的螯合剂为二乙基三胺五乙酸。

步骤（d）中所述的实验温度为70℃。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明测试精度高，测量步骤简单，容易操作，为有机碱加入到螯合剂溶液中进行除钡锶垢提供了数据基础。

（2）本发明所采用的材料成本低廉，容易实现。

附图说明

图1为本发明的碱为氢氧化钠、甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺或三乙胺时的碱性螯合剂溶液对钡锶垢的螯合能力示意图。

图2为本发明含甲胺的螯合剂溶液对岩心渗透率影响的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例一

一种含有机碱的螯合剂溶液除钡锶垢性能的测试方法，包括以下步骤：

（1）配制两份体积为100ml且浓度为0.5mol/L的碱溶液，该碱溶液中的碱可选为氢氧化钠、甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺或三乙胺。

（2）分别向两份碱溶液中加入二乙基三胺五乙酸螯合剂，摇匀使其完全溶解，形成二乙基三胺五乙酸的浓度为0.1mol/L的碱性螯合剂溶液。

（3）在其中一份碱性螯合剂溶液中加入2g BaSO₄，另一份碱性螯合剂溶液中则加入2g SrSO₄。

（4）将步骤中的两种溶液分别置于温度为50℃～90℃的水浴中反应2～10h。待反应完毕后，对残留物进行过滤、干燥、称重、并记录实验现象和实验数据。本实施例中最优的水浴温度为70℃，反应时间为4h。

（5）针对实验现象和实验数据，采用沉淀重量法计算含碱的螯合剂溶液除钡锶垢性能，计算公式为。其中S为含碱的螯合剂溶液除钡锶垢的性能，W₀为干燥滤纸自身的重量，W₁为反应前硫酸钡或硫酸锶的重量，W₂为反应后干燥滤纸和沉淀物的总重量。

如图1所示，螯合剂二乙基三胺五乙酸不仅能很好的溶于有机碱溶液，且二乙基三胺五乙酸在氢氧化钠溶液中对Ba²⁺、Si²⁺的螯合能力分别为48%和55%，在甲胺溶液中对Ba²⁺、Si²⁺的螯合能力分别为56%和70%，在二甲胺溶液中对Ba²⁺、Si²⁺的螯合能力分别为51%和61%，在三甲胺溶液中对Ba²⁺、Si²⁺的螯合能力分别为29%和32%，在二乙胺溶液中对Ba²⁺、Si²⁺的螯合能力分别为36%和37%，在三乙胺溶液中对Ba²⁺、Si²⁺的螯合能力分别为18%和19%。由此可看出二乙基三胺五乙酸在甲胺溶液中对Ba²⁺、Si²⁺的螯合能力最强。

实施例二

（a）取一块砂岩岩心，在温度为70℃时，采用浓度为4%的氯化铵溶液对其进行恒压驱替实验，当渗流量趋于稳定时计算其初始渗透率，计算公式为。其中K_i为岩心初始渗透率，Q₁为出口端流量，为氯化铵溶液粘度，L为岩心的长度，A为岩心的横截面积，为岩心入口端与出口端的压差。

（b）在干燥的250ml塑料烧杯中加入甲胺，配制甲胺摩尔浓度为0.5mol/L的碱溶液。

（c）向碱溶液中加入二乙基三胺五乙酸螯合剂，配制二乙基三胺五乙酸摩尔浓度为0.1 mol/L的碱性螯合剂溶液。

（d）采用步骤（c）中配制好的碱性螯合剂溶液在实验温度为70℃的环境下对步骤（a）中的岩心进行恒压驱替实验，即本步骤与步骤（a）使用同一块岩心。当渗流量趋于稳定时，停止注入碱性螯合剂溶液。

（e）采用浓度为4%的氯化铵溶液在温度为70℃的环境下对步骤（d）中的岩心进行恒压驱替实验，即本步骤与步骤（d）使用同一块岩心。当渗流量趋于稳定时计算该岩心的最终渗透率，计算公式为。其中K_f为岩心最终渗透率，Q₂为出口端流量，为氯化铵溶液粘度，L为岩心的长度，A为岩心的横截面积，为岩心入口端与出口端的压差。

（f）针对步骤（a）和步骤（e）的实验数据进行计算，得出含有机碱的螯合剂溶液对岩心渗透率的影响程度。计算公式为，其中R为含有机碱的螯合剂溶液对岩心渗透率的影响程度，K_f为岩心最终渗透率，K_i为岩心初始渗透率。

如图2所示，曲线一为注入氯化铵溶液时岩心渗透率的变化曲线，曲线二为注入含甲胺的二乙基三胺五乙溶液时岩心渗透率的变化曲线，曲线三为再次注入氯化铵溶液时岩心渗透率的变化曲线。由此可看出含甲胺的二乙基三胺五乙溶液不仅不会对岩心造成堵塞，相反能使岩心的渗透率得以提高1倍以上，这是因为有机碱能解决传统无机碱化合物对地层产生的不利影响。

如上所述，便可很好的实现本发明。

Claims

1.一种含有机碱的螯合剂溶液除钡锶垢性能的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）配制两份体积为100ml且浓度为0.5mol/L的碱溶液；

2.根据权利要求1所述一种含有机碱的螯合剂溶液除钡锶垢性能的测试方法，其特征在于：步骤（1）中所述的碱溶液中的碱为氢氧化钠、甲胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺或三乙胺。

3.根据权利要求1所述的一种含有机碱的螯合剂溶液除钡锶垢性能的测试方法，其特征在于：步骤（2）中所述的螯合剂为二乙基三胺五乙酸。

4.根据权利要求1所述的一种含有机碱的螯合剂溶液除钡锶垢性能的测试方法，其特征在于：步骤（4）中所述的水浴温度为70℃，反应时间为4h。

5.一种测试含有机碱的螯合剂溶液对岩心渗透率影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（b）配制浓度为0.5mol/L的碱溶液；

6.根据权利要求5所述的一种测试含有机碱的螯合剂溶液对岩心渗透率影响的方法，其特征在于：步骤（a）和步骤（e）中所述的岩心为砂岩岩心，实验温度为70℃，氯化铵溶液的浓度为4%。

7.根据权利要求5所述的一种测试含有机碱的螯合剂溶液对岩心渗透率影响的方法，其特征在于：步骤（b）中所述碱溶液的碱为甲胺。

8.根据权利要求5所述的一种测试含有机碱的螯合剂溶液对岩心渗透率影响的方法，其特征在于：步骤（c）中所述的螯合剂为二乙基三胺五乙酸。

9.根据权利要求5所述的一种测试含有机碱的螯合剂溶液对岩心渗透率影响的方法，其特征在于：步骤（d）中所述的实验温度为70℃。