CN106281275B - 一种油井用缓蚀阻垢剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种油井用缓蚀阻垢剂，其特征在于，包括具有如下质量百分比含量的原料成分：氨基三亚甲基膦酸5～20％，聚环氧琥珀酸钠3～10％，和月桂酰两性基二乙酸二钠10～20％。该缓蚀阻垢剂不仅具有优异的阻垢性能，而且具有良好的缓蚀性能，能够同时解决结垢和腐蚀问题，并且不存在缓蚀剂与阻垢剂在共同使用中可能会出现的互相减弱作用的现象，不用考虑现存条件下的药物不相容的问题，操作简单，实施方便。

Description

一种油井用缓蚀阻垢剂
技术领域
本发明涉及油井生产过程中的防腐与阻垢技术，具体涉及一种油井用缓蚀阻垢剂，属于油田化学领域。
背景技术
在油田油井生产的中后期，含水量较高，存在严重的腐蚀与结垢现象。发生腐蚀的原因主要是酸性气体(如：CO2与H2S等)的腐蚀，结垢类型主要是CaCO3垢、CaSO4垢及BaSO4垢。这些腐蚀与结垢问题对油田中油井的生产与开发带来了严重的经济损失。更甚者，使得油井被迫停产。
针对以上高含水油井出现的腐蚀与结垢问题，目前国内采用了不同的方式来抑制腐蚀与结垢。常见的防腐技术有：非金属保护层、金属保护层、电化学保护及加注缓蚀剂；常见的阻垢技术有：加酸或通二氧化碳以降低pH值、稳定碳酸氢盐、降低成垢离子浓度以及投加阻垢分散剂。其中，向系统中加入阻垢分散剂和缓蚀剂以其简单、方便、快捷等优势受到了人们的青睐。所谓阻垢剂，即具有能分散水中的难溶性无机盐、阻止或干扰难溶性无机盐在金属表面进行沉淀、结垢，同时维持金属设备具有良好传热效果的一类药剂。缓蚀剂则是指以合适的浓度及形式存在于腐蚀介质中时，可以减缓甚至阻止腐蚀的化学物质或是几种化学物质的混合物。
文献1(腐蚀科学与防护技术.2000年第12卷，247-248页)针对水溶液中的结垢问题，以氯化铵、甲醛、三氯化磷为原料一步法合成了ATMP，探讨了合成的最佳条件，其活性成分达到66％左右。用Na2SO3、Na2CO3与ATMP进行复配，将复配体系除氧并调节pH值控制在8左右。将ATMP和复配后ATMP的阻垢性能进行比较，结果表明不论是用Na2SO3进行复配，还是用Na2CO3进行复配，其复配后的阻垢性能均有明显的提高。
文献2(精细石油化工.2011年第28卷，70-72页)针对油田注水井近井地带、油井近井地带以及生产系统结垢等问题，将驱油用表面活性剂与有机膦酸盐防垢剂进行复配，测定复合物对碳酸钙垢及硫酸钙的阻垢性能。结果表明，ORS-41、PBET-17、SLPS及9AS-3-0四种表面活性剂与EDTMP、HEDP和ATMP三种膦酸盐阻垢剂进行复配，其复配物阻硫酸钙的性能明显高于其阻碳酸钙的性能。其中，表面活性剂ORS-41与EDTMP或ATMP进行复配时，体系表现出了明显的协同效应；表面活性剂SLPS与EDTMP或者ATMP进行复配时，协同效应依然明显，对硫酸钙的阻垢率达到了90％以上，降低了膦酸盐的用量，阻垢性能同时得到提高。
文献3(唐山学院学报.2015年第28卷，68-72页)针对高硬度、高碱度及高盐量的水中出现的结垢问题，以烯丙基磺酸钠(SAS)为改性剂，以3:4的质量比(SAS:PESA)对PESA进行改性，合成了一种能够同时对碳酸钙垢和磷酸钙垢具有良好阻垢性能的多功能阻垢剂(聚环氧琥珀酸衍生物SAS-PESA)。采用静态阻垢实验测定其对碳酸钙及磷酸钙的阻垢率，实验结果表明：当药剂加入浓度为14mg·L-1时，PESA对磷酸钙的阻垢率为28.5％，SAS-PESA对磷酸钙的阻垢率为44.8％；当药剂加入浓度为10mg·L-1时，PESA与SAS-PESA对碳酸钙的阻垢率均可达到92％以上。采用扫描电镜方法对其阻垢机理进行研究，结果表明：空白水样中得到的垢样主要是方解石结构和少量针状的文石结构；加入PESA后，垢样中完全看不到规整的方解石，而是出现了类似于球形的球霰石结构；而加入SAS-PESA后，碳酸钙的晶型为大量的“菊花”状和少量球形的球霰石结构，说明PESA与SAS-PESA的加入，使得碳酸钙的方解石结构和少量的针状文石结构全部发生了畸变，阻垢效果明显。
文献4(唐山学院学报.2015年第28卷，68-72页)针对油田管线中发生的腐蚀现象，将二乙烯三胺、油酸和氯化苄作为原料合成油酸咪唑啉季铵盐，采用电化学极化法测定其对N80钢挂片在盐酸介质中的缓蚀性能；然后将油酸咪唑啉季铵盐与十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、KI及丙炔醇(PA)进行复配，测定了复配体系的缓蚀性能。实验结果表明：当油酸咪唑啉季铵盐的加入量为50mg·L-1时，N80钢挂片的缓蚀率达到92％；继续增大油酸咪唑啉季铵盐的加入量，缓蚀率趋于平缓；三种复配体系较单一的油酸咪唑啉季铵盐而言，缓蚀效果均有所增强，其中，SDBS和KI的加入使得缓蚀率达到95％以上，PA的加入使得缓蚀率达到99％以上。
综上所述，缓蚀剂和阻垢剂一方面虽然在油田和其他行业均有应用，然而，其应用存在着效果单一的问题，要么仅是针对结垢问题而研制的阻垢剂，要么仅是针对腐蚀问题而研制的缓蚀剂，因而应用范围不广泛；另一方面，由于缓蚀剂通常呈碱性，而阻垢剂一般呈酸性，使得它们的共同使用可能会互相减弱彼此的作用效果，从而给开发兼具良好缓蚀和阻垢性能的缓蚀阻垢剂带来了很大难度。
发明内容
本发明针对结垢和腐蚀问题不能同时解决的缺陷，提供了一种油井用缓蚀阻垢剂，该缓蚀阻垢剂不仅具有优异的阻垢性能，而且具有良好的缓蚀性能，能够同时解决结垢和腐蚀问题，并且不存在缓蚀剂与阻垢剂在共同使用中可能会出现的互相减弱作用的现象，不用考虑现存条件下的药物不相容的问题，操作简单，实施方便。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种油井用缓蚀阻垢剂，包括具有如下质量百分比含量的原料成分：
氨基三亚甲基膦酸 5～20％，
聚环氧琥珀酸钠 3～10％，
月桂酰两性基二乙酸二钠 10～20％。
优选地，在上述油井用高效缓蚀阻垢剂的复配中，还包括质量百分比含量为1～5％的活性阴离子，更进一步优选地，所述的活性阴离子为碘离子。
可选地，在上述油井用高效缓蚀阻垢剂的复配中，还包括质量百分比含量为60～80％的水。
优选地，所述的油井用缓蚀阻垢剂，由以下质量百分比含量的原料组成：
本发明的技术方案达到了如下的有益效果：
1)本发明油井用高效缓蚀阻垢剂，将氨基三亚甲基膦酸(ATMP)与聚环氧琥珀酸钠(PESA)以2:1进行复配作为缓蚀阻垢剂的阻垢剂部分。ATMP属有机膦酸阻垢剂，其含有的膦酸基团(-PO(OH)2)对钙垢的阻垢机理主要表现为螯合增溶作用、晶格畸变作用。PESA是绿色阻垢剂，其含有的羧基基团(-COOH)对钙垢主要表现为分散作用，将PESA与ATMP进行复配，复合阻垢剂比单一阻垢剂对钙垢具有更好的阻垢性能，对钙垢的抑制作用方面起到了协同增效作用。另外，绿色阻垢剂的加入，使得有机膦酸盐中的磷含量降低，对于保护环境起到了积极的作用。
2)将月桂酰两性基二乙酸二钠作为缓蚀剂部分的主缓蚀剂，当A3钢挂片与腐蚀介质相接触时，咪唑啉类缓蚀剂可以在挂片表面形成单分子吸附膜，改变氢离子的氧化还原电位，同时络合介质中的一些氧化剂，降低电位，以此抑制腐蚀；此外，向其中加入增效剂KI，由于无机阴离子的加入会大大增加有机阳离子缓蚀剂的吸附能力。
3)最后将复合阻垢剂与复合缓蚀剂进行复配，克服了一般情况下阻垢剂与缓蚀剂不能同时使用的缺陷，则得到了同时兼具良好的阻垢性能和缓蚀性能的油井用高效缓蚀阻垢剂。本发明的油井用高效缓蚀阻垢剂原料价格低廉，操作简单、实施方便、效果优异、绿色环保，同时兼具阻垢与缓蚀双重功效。且其中含有绿色阻垢剂PESA，有益于环境的保护。
具体实施方式
为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合具体实施方式对本发明做进一步的介绍。
实施例1
本实施例1中，将氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、聚环氧琥珀酸钠(PESA)、月桂酰两性基二乙酸二钠与KI分别配制成浓度为36％的溶液。首先将ATMP溶液与PESA溶液以2:1的比例进行复配，然后将月桂酰两性基二乙酸二钠溶液与KI溶液以5:1的比例进行复配，最后将ATMP/PESA的混合溶液与月桂酰两性基二乙酸二钠溶液/KI的混合溶液以2:1的比例进行混合，即得复合缓蚀阻垢剂。该油田用复配型缓蚀阻垢剂各组分的质量配比如下：
表1复配型缓蚀阻垢剂各组分质量配比：
实施例2
本实施例2中，将氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、聚环氧琥珀酸钠(PESA)、月桂酰两性基二乙酸二钠与KI分别配制成浓度为36％的溶液。首先将ATMP溶液与PESA溶液以2:1的比例进行复配，然后将月桂酰两性基二乙酸二钠溶液与KI溶液以5:1的比例进行复配，最后将ATMP/PESA的混合溶液与月桂酰两性基二乙酸二钠溶液/KI的混合溶液以1:1的比例进行混合，即得复合缓蚀阻垢剂。该油田用复配型缓蚀阻垢剂各组分的质量配比如下：
表2复配型缓蚀阻垢剂各组分质量配比：
实施例3
本实施例3中，将氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、聚环氧琥珀酸钠(PESA)、月桂酰两性基二乙酸二钠与KI分别配制成浓度为36％的溶液。首先将ATMP溶液与PESA溶液以2:1的比例进行复配，然后将月桂酰两性基二乙酸二钠溶液与KI溶液以5:1的比例进行复配，最后将ATMP/PESA的混合溶液与月桂酰两性基二乙酸二钠溶液/KI的混合溶液以1:2的比例进行混合，即得复合缓蚀阻垢剂。该油田用复配型缓蚀阻垢剂各组分的质量配比如下：
表3复配型缓蚀阻垢剂各组分质量配比:
测试例1
比较例1—阻垢剂
将氨基三亚甲基膦酸(ATMP)、聚环氧琥珀酸钠(PESA)分别配制成浓度为36％的溶液。将ATMP溶液与PESA溶液以2:1的比例进行复配，即得复合阻垢剂。
比较例2—缓蚀剂
将月桂酰两性基二乙酸二钠与KI分别配制成浓度为36％的溶液，然后将月桂酰两性基二乙酸二钠溶液与KI溶液以5:1的比例进行复配，即得复合缓蚀剂。
对上述实施例中的所配置的缓蚀阻垢剂，以及比较例1和2，进行性能测试，包括以下步骤：
CaCO3垢：取190ml去离子水于250ml容量瓶中，加入6.00ml浓度为4.00mg/mL的Ca2+预备液，再加入7.5mL浓度为1000mg/L的阻垢剂溶液，震荡摇匀，然后加入6.00ml浓度为6.28mg/ml的CO3 2-预备液，向混合溶液中加入去离子水定容至刻度，震荡摇匀，5min后将上述配好的混合液移入250ml的具塞三角瓶中。在50±1℃的水浴锅中静置16h。
CaSO4垢：取170ml去离子水于250ml容量瓶中，加入25.00ml浓度为30.00mg/mL的Ca2+预备液，再加入7.5mL浓度为1000mg/L的阻垢剂溶液，震荡摇匀，然后加入25.00ml浓度为82.69mg/ml的SO4 2-预备液，加入去离子水定容至刻度，震荡摇匀，5min后将上述配好的混合液移入250ml的具塞三角瓶中。在50±1℃的水浴锅中静置24h。
腐蚀：50℃的条件下，静态腐蚀48h。
表4不同配比缓蚀阻垢剂的缓蚀阻垢性能：
从表4中可以看出，实施例2所述的缓蚀阻垢剂同时兼具良好的阻垢性能和缓蚀性能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种油井用缓蚀阻垢剂，其特征在于，包括具有如下质量百分比含量的原料成分：
氨基三亚甲基膦酸 5～20％，
聚环氧琥珀酸钠 3～10％，
月桂酰两性基二乙酸二钠 10～20％，和
碘离子 1～5％；
其中，所述氨基三亚甲基膦酸与聚环氧琥珀酸钠的质量百分比的比例为2:1。
2.如权利要求1所述的一种油井用缓蚀阻垢剂，其特征在于，在上述油井用高效缓蚀阻垢剂的复配中，还包括质量百分比含量为60～80％的水。
3.如权利要求2所述的一种油井用缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述的油井用缓蚀阻垢剂，由以下质量百分比含量的原料组成：
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