CN109913689B - 一种用于油水井及管网的防垢合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于油水井及管网的防垢合金，其原料包括特定重量份的Cu、Fe、Ni、Zn、Ag、Se、Sb、Bi、稀土氧化物，其中稀土氧化物为Ce₂O₃或La₂O₃。本发明中的防垢合金用于油水井及管网中的各种设备时可起到优良的防垢效果，具有无需添加化学试剂、无污染、效率高、作用距离长、有效期长、无磁无电、无需维护、适用范围广、成本低等突出优点，可广泛适用于石油、化工、煤炭、热力系统流动介质引起油井、管线结垢的区域。

Description

一种用于油水井及管网的防垢合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及油气开发输运设备防垢领域，具体涉及用于油水井及管网的防垢合金及其制备方法。

背景技术

结垢是油气开发输运中不可忽视的一个问题。油气田开发过程中，油气藏中的流体油、气、水从油气层中流出，由于温度、压力和油气水平衡状态的变化，容易在地下储层、采油井井筒、套管、生产油管等处发生无机盐类的沉积，即结垢。结垢现象的发生将堵塞油田管线，使产能降低，能耗增大，造成停工，甚至停产。统计表明，全国石油产业每年因堵井、洗井、压裂、检泵、管网结垢等造成的减产损失达数亿元。

目前，油气集输系统的结垢问题已经成为我国各油田普遍存在的问题。就胜利油田为例，目前胜利油田油井综合含水高达92％，油田采出液中，Ca²⁺、Mg²⁺和CO3^2-浓度偏高，有的甚至超过500mg/L，处于严重过饱和状态，因此结垢问题也愈加严重。在当前油气行业普遍面临的低油价、环保压力以及降本增效的苛刻大环境下，开发出无添加、无污染、效率高、作用距离长、有效期长、能耗低、免维护或者少维护、适用范围广、成本低的新型防垢阻垢技术，解决或大幅降低油水井、管网的结垢问题，对油气行业来说具有极大的现实意义。

目前，国内外对油田垢的防治方法有很多，主要分为化学法、物理法和工艺方法。化学法的防垢机理是应用化学防垢剂的某些特性阻止垢的生成；物理法的防垢机理是应用某些物理仪器设备的功能抑制垢的形成；工艺法则是通过改变或控制某些作业工艺条件来破坏或减少垢的生成机会。化学阻垢剂种类众多，除垢效率也有高有低，虽应用较多，但其局限性也很明显，比如对于矿化度较高的油田水，其防垢效果会大为降低。另外，投加量不当会给油田水造成二次污染，增大采出水处理难度。物理法是借助磁场、声场、超声波等的物理作用，设备昂贵，投资大，效果易受水质影响。工艺法防垢受油田环境和操作要求的限制，需要根据油田的实际情况酌情使用。

上述现有技术中用于油田运输过程中防止结垢的方法在实际应用时均面临使用上的局限性，且由于使用了化学药剂或专用设备，这给油田带来了较大的运营和维护成本，因此，如何从根本上减缓设备和管道的结垢问题，并尽量避免或减少实际操作时产生的成本，这是本领域急需解决的技术问题。

发明内容

本发明解决的是现有技术中用于油田运输过程中防止结垢的方法在实际应用时均面临使用上的局限性，且由于使用了化学药剂或专用设备，给油田带来了较大的运营和维护成本的技术问题，进而提供一种低成本、能够从根本上减缓结垢的用于油水井及管网的防垢合金，本发明还提供了该防垢合金的制备方法

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

一种用于油水井及管网的防垢合金，制备所述防垢合金的原料包括：Cu，40-60重量份；Fe，10-32重量份；Ni，0.5-20重量份；Zn，15-35重量份；Ag，0.5-8重量份；Se，0.5-5重量份；Sb，0.5-8重量份；Bi，1-5重量份；稀土氧化物，0.1-10重量份。

制备所述防垢合金的原料中，Zn为30-35重量份；Sb为6-8重量份；Bi为4-5重量份。

制备所述防垢合金的原料中，Cu为40-50重量份；Fe为10-20重量份；Ni为0.5-10重量份；Se为0.5-2重量份。

所述稀土氧化物为Ce₂O₃或La₂O₃。

所述的用于油水井及管网的防垢合金的制备方法，包括以下步骤：(1)将特定重量份的Cu、Fe、Ni、Zn、Ag、Se、Sb、Bi、稀土氧化物混合，加热至1050-1150℃，使所有金属熔融液化；(2)将熔融后的合金溶液浇铸到模具中冷却，即获得所述防垢合金。

步骤(1)的加热过程中，对混合物进行搅拌。

步骤(1)中，将特定重量份的Cu、Fe、Ni、Zn、Ag、Se、Sb、Bi、稀土氧化物在坩埚中进行混合，在混合金属的表面覆盖上草木灰；步骤(2)中，先将所述合金溶液表面覆盖的所述草木灰去除，再将所述合金溶液浇铸到模具中冷却。

所述坩埚在使用前先置于坩埚炉中于800℃下干燥8小时。

步骤(1)中，先将特定重量份的Cu、Fe、Ni、Ag、Se、Sb、稀土氧化物混合，升温至400℃并保温30min；然后加入特定重量份的Zn和Bi，快速升温到1100℃并保温30min。

本发明所述的用于油水井及管网的防垢合金的优点在于：

本发明中的防垢合金，其原料包括特定重量份的Cu(铜)、Fe(铁)、Ni(镍)、Zn(锌)、Ag(银)、Se(硒)、Sb(锑)、Bi(铋)、稀土氧化物，其中稀土氧化物为Ce₂O₃(氧化铈)或La₂O₃(氧化镧)。本发明中的防垢合金用于油水井及管网中的各种设备时可起到优良的防垢效果，具有无需添加化学试剂、无污染、效率高、作用距离长、有效期长、无磁无电、无需维护、适用范围广、成本低等突出优点，可广泛适用于石油、化工、煤炭、热力系统流动介质引起油井、管线结垢的区域。

为了使本发明所述的用于油水井及管网的防垢合金及其制备方法的技术方案更加清楚明白，下面结合具体实施方式对本发明中的技术方案进行进一步的描述。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

下述实施例中的1重量份为0.1kg。

实施例1

本实施例提供了一种用于油水井及管网的防垢合金，制备所述防垢合金的原料包括：Cu，60重量份；Fe，32重量份；Ni，20重量份；Zn，15重量份；Ag，0.5重量份；Se，0.5重量份；Sb，0.5重量份；Bi，1重量份；稀土氧化物，0.1重量份。本实施例中使用的稀土氧化物为Ce₂O₃。

本实施例中制备所述的用于油水井及管网的防垢合金的方法，包括以下步骤：(1)将上述重量份的Cu、Fe、Ni、Zn、Ag、Se、Sb、Bi、稀土氧化物置于石墨坩埚中进行混合，在混合金属的表面覆盖上草木灰，将石墨坩埚置于坩埚炉中，均匀提升加热温度至1050℃，加热过程中，对金属混合物不断进行搅拌，使所有金属熔融液化并混合均匀；加热温度的提升速率为100℃/min；(2)将合金溶液表面覆盖的所述草木灰去除，将熔融后的合金溶液浇铸到模具中冷却，即获得所述防垢合金。本实施例中所述石墨坩埚在使用前先置于800℃的坩埚炉中干燥8小时。

实施例2

本实施例提供了一种用于油水井及管网的防垢合金，制备所述防垢合金的原料包括：Cu，45重量份；Fe，15重量份；Ni，5重量份；Zn，30重量份；Ag，4重量份；Se，3重量份；Sb，7重量份；Bi，4重量份；稀土氧化物，5重量份。本实施例中使用的稀土氧化物为Ce₂O₃。

本实施例中制备所述的用于油水井及管网的防垢合金的方法同实施例1，包括以下步骤：(1)将本实施例中上述重量份的Cu、Fe、Ni、Zn、Ag、Se、Sb、Bi、稀土氧化物置于石墨坩埚中进行混合，在混合金属的表面覆盖上草木灰，将石墨坩埚置于坩埚炉中，均匀提升加热温度至1050℃，加热过程中，对金属混合物不断进行搅拌，使所有金属熔融液化并混合均匀；加热温度的提升速率为100℃/min；(2)将合金溶液表面覆盖的所述草木灰去除，将熔融后的合金溶液浇铸到模具中冷却，即获得所述防垢合金。本实施例中所述石墨坩埚在使用前先置于800℃的坩埚炉中干燥8小时。

实施例3

本实施例提供的用于油水井及管网的防垢合金，制备所述防垢合金的原料包括：Cu，45重量份；Fe，15重量份；Ni，5重量份；Zn，30重量份；Ag，4重量份；Se，3重量份；Sb，7重量份；Bi，4重量份；稀土氧化物，5重量份。本实施例中使用的稀土氧化物为Ce₂O₃。

本实施例中所述的用于油水井及管网的防垢合金的制备方法包括以下步骤：(1)将石墨坩埚在先置于800℃的坩埚炉中干燥8小时，并置于400℃保温半小时；完成保温后，将本实施例中所述重量份的Cu、Fe、Ni、Ag、Se、Sb、稀土氧化物放入所述石墨坩埚中混合，在混合金属的表面覆盖上草木灰，将石墨坩埚置于坩埚炉中，以50℃/min的升温速率均匀提升加热温度至400℃并保温30min；然后加入本实施例所述重量份的Zn和Bi，快速升温到1100℃并保温30min，所述快速升温的速率为200℃/min；(2)将合金溶液表面覆盖的所述草木灰去除，将熔融后的合金溶液浇铸到模具中冷却，即获得所述防垢合金。本实施例通过将原料分两步加入，作用在于一方面减少了第一次升温过程中Zn和Bi的损失，另一方面，在高温下加入Zn和Bi并快速升温，可使其发生沸腾，从而起到了搅拌的作用，使得不搅拌的情况下合金溶液的成分也能够混合均匀。

实施例4

本实施例提供的用于油水井及管网的防垢合金，制备所述防垢合金的原料包括：Cu，45重量份；Fe，15重量份；Ni，5重量份；Zn，30重量份；Ag，4重量份；Se，3重量份；Sb，7重量份；Bi，4重量份；稀土氧化物，5重量份。本实施例中使用的稀土氧化物为La₂O₃。

本实施例制备所述用于油水井及管网的防垢合金的制备方法同实施例3。

上述实施例1-4中步骤(2)使用的模具为内长为20cm，宽为30cm的模具，最终制备得到的防垢合金为长20cm、宽30cm的合金块。

实验例

本实验例设置有四组实验，四组实验分别将实施例1-4中制备得到的防垢合金块悬挂于模拟水样中；同时每组实验设置有对照物，所述对照物与同组实验中的防垢合金块具有相同的形状，但材质为不锈钢材质，即模拟普通的油田输送管道，每组实验均设置平行实验。

以第一组实验为例，将实施例1制备得到的防垢合金块悬挂于模拟水样中，同时在模拟水样中悬挂有对照物，所述对照物为与实施例1中的防垢合金块形状相同的不锈钢块；在将防垢合金块和不锈钢块放入模拟水样前，先分别测定初始状态下防垢合金块和不锈钢块的重量；悬挂时间为7天，7天结束后，取出所述防垢合金块和不锈钢块，再分别测定实验结束时防垢合金块和不锈钢块的重量，计算防垢率，所述防垢率的计算公式为：

防垢率＝((实验结束时防垢合金块的重量-初始状态下防垢合金块的重量)/(实验结束时对照物的重量-初始状态下对照物的重量))×100％

本实验例中使用的模拟水样模拟了油水井及管网接触的水质，如下表所示：

实验结果如下表所示：

	防垢率，％
		实施例1中的防垢合金	71.1
实施例2中的防垢合金	73.8
		实施例3中的防垢合金	80.9
实施例4中的防垢合金	84.7

上述实验例证明，本发明中所述的防垢合金的防垢率可达到80％以上，用于油水井及管网可达到良好的防垢效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种用于油水井及管网的防垢合金，其特征在于，制备所述防垢合金的原料由以下组分组成：Cu，40-60重量份；Fe，10-32重量份；Ni，0.5-20重量份；Zn，15-35重量份；Ag，0.5-8重量份；Se，0.5-5重量份；Sb，0.5-8重量份；Bi，1-5重量份；稀土氧化物，所述稀土氧化物为Ce₂O₃或La₂O₃，0.1-10重量份；

所述的用于油水井及管网的防垢合金的制备方法，包括以下步骤：(1)将特定重量份的Cu、Fe、Ni、Zn、Ag、Se、Sb、Bi、稀土氧化物混合，加热至1050-1150℃，使所有金属熔融液化；(2)将熔融后的合金溶液浇铸到模具中冷却，即获得所述防垢合金。

2.根据权利要求1所述的用于油水井及管网的防垢合金，其特征在于，制备所述防垢合金的原料中，Zn为30-35重量份；Sb为6-8重量份；Bi为4-5重量份。

3.根据权利要求1或2所述的用于油水井及管网的防垢合金，其特征在于，制备所述防垢合金的原料中，Cu为40-50重量份；Fe为10-20重量份；Ni为0.5-10重量份；Se为0.5-2重量份。

4.根据权利要求1所述的用于油水井及管网的防垢合金，其特征在于，步骤(1)的加热过程中，对混合物进行搅拌。

5.根据权利要求1所述的用于油水井及管网的防垢合金，其特征在于，步骤(1)中，将特定重量份的Cu、Fe、Ni、Zn、Ag、Se、Sb、Bi、稀土氧化物在坩埚中进行混合，在混合金属的表面覆盖上草木灰；步骤(2)中，先将所述合金溶液表面覆盖的所述草木灰去除，再将所述合金溶液浇铸到模具中冷却。

6.根据权利要求5所述的用于油水井及管网的防垢合金，其特征在于，所述坩埚在使用前先置于坩埚炉中于800℃下干燥8小时。

7.根据权利要求1所述的用于油水井及管网的防垢合金，其特征在于，步骤(1)中，先将特定重量份的Cu、Fe、Ni、Ag、Se、Sb、稀土氧化物混合，升温至400℃并保温30min；然后加入特定重量份的Zn和Bi，快速升温到1100℃并保温30min。