硫酸钡锶垢定点除垢物理模拟实验研究

在油田正常生产作业过程中,采出水中含有的Ba~(2+)、Sr~(2+)易与SO_4~(2-)产生沉淀,容易造成管道堵塞,损害生产设备,甚至影响到正常生产。国内外对于硫酸钡锶垢的防治多采用化学方法,但存在着流动过程中二次结垢的问题,防垢效果不佳。为解决传统除垢技术成本高、除垢效果差的问题,提出了一种新的物理除垢方法,该方法运用水处理工艺中的沉淀池原理及浅池沉淀理论,设计定点除垢器实验模型,具有操作简单、便于清理的优点,可以实现成垢离子在指定位置结垢的目的。以反应时间、成垢离子浓度、摩尔浓度比、温度作为影响硫酸钡锶垢结垢的敏感性因素,通过大量实验室定点除垢器物模实验,进行各敏感性因素评价分析。     

钡锶定点结垢器的设计及应用

钡锶垢是油气田开发中常见的水垢,其结垢速度快,易堵塞集输管道和设备,严重影响油气集输系统的安全运行。为解决集输管道中钡锶结垢堵塞的问题,在试验研究的基础上设计了一种钡锶定点结垢器。该定点结垢器利用钡锶离子与硫酸根离子快速反应结垢的化学原理,通过改变水体的化学热力学条件,创造钡锶垢的定点析出沉降环境,诱导水体中的结垢离子在指定地点析出结垢,以保护集输管道和设备。现场应用结果表明,采用定点结垢技术后,采出液中的钡锶离子形成钡锶垢在指定结垢板上的析出率为100%。     

基于浅池理论的硫酸钡垢定点除垢实验研究

为有效防止油田开采过程中硫酸钡结垢造成的管线及设备堵塞,克服超声波、磁场及高频电场等物理防垢方法的不足,根据浅池理论,研制了具有混合区、结垢区和缓冲区的物理法定点除垢装置。除垢器框架为立方体,结垢板为平板,卡条支撑板具有45°、60°及90°三种角度。用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP)检测除垢装置出口端离子浓度,避免了人为误差。通过除垢装置研究了反应时间、成垢离子初始浓度及温度对硫酸钡结垢率的影响。结果表明,定点除垢器对硫酸钡的除垢效果良好,结垢率约99.9%。反应时间、Ba~(2+)与SO_4~(2-)初始浓度对硫酸钡结垢率的影响较小。5~10 min为定点除垢器内硫酸钡最佳结垢时间。硫酸钡结垢率随温度升高先增加后略有降低,最佳结垢温度为50℃。Ba2+质量浓度为742 mg/L、Ba~(2+)与SO_4~(2-)摩尔浓度比为1∶4时,硫酸钡结垢率可达99.99%。     

钡锶垢除垢影响因素研究

针对胜利油田临盘采油厂L95站和T9站水样,考察了结垢时间、搅拌速度、结垢温度、Ba²⁺/Sr²⁺浓度、SO₄^2-浓度等因素对钡锶垢结垢的影响,并进行钡锶混合垢结垢实验。结果表明,在10min内钡锶垢的结垢率已基本稳定,BaSO₄结垢率约98%,SrSO₄结垢率约22%。结垢时间、搅拌速度对钡锶垢结垢率基本无影响。温度（30⁸0℃）、Ba²⁺浓度对BaSO₄结垢率的影响较小。随SO₄^2-浓度增加,BaSO₄结垢率增大,当SO₄^2-浓度由1.53 mmol/L增至3.06mmol/L时,BaSO₄结垢率从94.68%增至99.97%,继续增大SO₄^2-浓度,BaSO₄结垢率不变。SrSO₄结垢率随温度升高、Sr²⁺及SO₄^2-浓度增加而显著增大,当SO₄²⁺与Sr²⁺浓度为24mmol/L和3 mmol/L、温度大于80℃时,SrSO₄结垢率达80%。当[Ba²⁺]/[Sr²⁺]/[SO₄^2-]浓度比为2:1:6时,钡锶混合垢的结垢率为93.75%。采用连续定点结垢技术,加入6倍过量的SO₄^2-,20 min后钡锶垢总结垢率稳定在91%左右。适度补加SO₄^2-作为结垢促进剂是提高钡锶垢总结垢率的有效途径。图5表5参10     

硫酸钡/锶垢除垢剂配方优化及性能评价

为了清除油气田开发过程中产生的具有结垢致密、溶解度低以及不溶于酸碱等特点的硫酸锶钡垢,采用化 学除垢技术,首先筛选了一种螯合主剂,再优选了不同助剂,利用他们之间的协同增效以及改性作用,通过单因 素实验确定了最优的硫酸钡/锶垢除垢剂配方为：10% DTPA+6%水杨酸+0.03%聚丙烯酸钾、0.2%吐温-80,同时 考察了不同pH、温度以及反应时间下的除垢效果的影响,结果表明,当pH值为12、温度为80 ℃、反应时间为8 h 时除垢效果最佳,在此条件下对硫酸钡和硫酸锶以及实际垢样的除垢率分别为79.41%和80.56%以及59.7%。该 除垢剂具有除垢效率高、除垢时间短及成本较低的优点,在油气田除垢方面具有广阔应用前景。     

海上某油田新型井下防垢剂的合成与性能评价

海上某油田单井修井时发现结垢比较严重,且除钙垢外还存在钡锶垢。为缓解单井结垢风险,室内以HPA(丙烯酸羟丙酯)/AA(丙烯酸)/AMPS(2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)为原料合成一种新型的水溶性共聚物防垢剂,并重点开展针对钙及对钡锶的防垢效果评价,实验结果表明,防垢剂的加注量为200 mg/L时,对钙防垢率达到90%以上,对钡防垢率达到80%以上,对锶防垢率达到95%以上,且适用于井下130℃高温环境下加注,对该油田单井具有良好防垢效果。     

碱性钡锶垢除垢剂的性能研究

为克服现有硫酸盐除垢剂的不足,增加螯合剂与添加剂之间的协同作用,提高除垢效率,研制了一种以螯合剂为主剂的碱性除垢剂SA-209,考察了除垢剂浓度、除垢时间、pH值、温度、盐浓度对硫酸钡锶垢除垢率的影响。结果表明：随SA-209 浓度、除垢时间和温度的增加,除垢剂对钡锶垢的除垢率先增加后逐渐趋于稳定;随pH值的增加,除垢率先增加后降低;随溶液中KCl浓度的增加,除垢率缓慢减小。SA-209 对钡锶垢除垢的最佳使用条件为：加量4%～12%、除垢时间4～12 h、溶液pH值11～12、除垢温度80～120℃。SA-209 对硫酸钡和硫酸锶的除垢率约为55%和65%,对以硫酸钡垢为主要成分的海上油田垢样的除垢率为72.4%;4%和12%的SA-209对N-80 钢片的腐蚀速率分别为0.2022 和0.4412 g/（m²·h）,明显低于行业标准。SA-209 具有除垢率高,对设备、管柱腐蚀低的特点,适用于酸液难溶垢的处理。图6 表2 参19     

胜坨油田注水井地层垢损害的研究

为弄清油田污水回注及污水与黄河水混注过程中注水流程的结垢问题及注水井酸化施工时带进的大量铁能否产生二次沉淀,试验研完了碳酸钙垢、硫酸锶(钡)垢和胶态铁二次沉淀的结垢情况,并提出定量计算地层垢损害的方法。结果发现,地层污水与黄河水混注会产生硫酸锶(钡)垢,但结垢不完全,混注比例越接近,结垢率越大;高含铁酸液中,如果没有足够的铁离子稳定剂,驱替过程中就会产生沉淀,而且损害不能完全解除,随着酸化次数的增加而增加。     

塔河油田成垢机理分析及复合除垢剂研究

通过对塔河油田成垢机理分析发现,塔河油田在注水开发过程中易形成垢物,主要为难溶性的钡锶硫酸盐和少量有机垢。以自制多羟基聚合物渗透分散防垢剂(PTMAS)为除垢辅剂,以己二胺四乙酸(EDTA)为螯合主剂,通过与适量KOH进行三元复配制,制备了复合除垢剂SS-1。其具体配比(质量分数)为PTMAS∶EDTA∶KOH∶H2O=1∶25∶21∶53。室内实验结果表明:在除垢液温度达到80℃时,SS-1可溶蚀近80%的垢物,温度达到120℃,除垢率接近100%;溶垢时间超过20 h后,除垢率超过80%,溶垢时间为36 h时,垢物几乎全部溶解;除垢率随p H值增大而上升,当p H=10时,除垢率为86.3%,p H=14时,除垢率更接近100%;Na Cl和KCl对除垢率影响有限,当Na Cl和KCl的质量分数均达到10%时,溶垢率未显著下降。配伍性实验结果证明,SS-1与现场常用处理剂实现良好配伍,可成功解决塔河油田井筒结垢的问题。     

油田给油管道的结垢机理及治理措施

大庆油田某采油厂给油管道中的介质含有大量的气体或离子,介质中钙、钡等成垢离子数量的增加是导致给油管道结垢的主要原因。给油管道结垢机理:地层水中富含易结垢的盐离子(如碳酸盐、硫酸盐等),在采油过程中因环境因素的改变而破坏原化学平衡,使垢物增加;多种不相容的介质混合在一起,使多种结垢离子相互结合而生成垢物(常见垢物包括硫酸钡和硫酸锶等难溶性盐类)。给油管道除垢治理方法主要有机械除垢、化学除垢、超声波除垢和采用除垢器具除垢。在进行给油管道除垢时,应根据实际情况,合理选取除垢方法,以达到效率高、无污染的除垢效果。使用铬、钼元素含量较高的管材,合理添加化学试剂以及建立管道监测系统,可有效减缓给油管道的腐蚀速率。     

临盘油田L95站钡锶垢成因及连续除垢技术研究

为获得有效的消除混输管线结垢技术,分析了临盘油田L95站混输管线内的垢样和部分油井采出液水样的离子组成,研究了采出水中Ba~(2+)和Sr~(2+)在结垢过程中的相互促进作用与结垢机理。结果表明,垢样主要成分为BaSO_4和SrSO_4(摩尔比1∶1)。L95-1、L95-36等5口油井水样中的Ba~(2+)和Sr~(2+)含量较高,而L95-18、L95-12等3口油井水样中的SO_4~(2-)和Sr~(2+)含量较高,两类水样混输引起结垢。当SO_4~(2-)含量为1620 mg/L时,单一Ba~(2+)易结垢,单一Sr~(2+)较难结垢。Sr~(2+)对Ba~(2+)的结垢无明显影响,但Ba~(2+)对Sr~(2+)的结垢具有显著的促进作用。Ba2+对Sr~(2+)结垢的促进作用是L95站混输管线严重结垢的重要原因。通过将L95站各油井水样输入结垢器中混合,同时加入SO_4~(2-)充分结垢,总结垢率可达89.87%数92.35%,可保证剩余Sr~(2+)和Ba~(2+)在混输管线内不会结垢。     

高含钙水体条件下高效钡锶阻垢剂的筛选及复配研究

针对油田高含钙高钡锶水体结钡锶垢问题,通过筛选评价多种阻垢剂并对其进行复配,希望找到一种较好的高效钡锶阻垢体系。实验结果表明：钡锶阻垢剂CT具有较好的阻钡锶垢性能,60mg／L加量下。对硫酸钡（Ba^2＋：400mgFL）垢和硫酸锶（Sr^2＋：2500mg／L）垢的阻垢率均大于90％;CT对低钙高钡锶离子水体具有较好的阻垢性能;CT与TH-607B具有复配增效的作用;当CT与TH-607B以质量比1：1进行复配时,其对高钙高钡锶水体阻垢性能最好,80mg／L加量下,阻垢率就可达到83．42％,满足油田高钙水体阻钡锶垢要求,加量为100mg／L时,阻垢率更达到了90％以上,能够满足油田高含钙高钡锶水体阻垢的需要。     

油田采出水结垢离子矿化浮选技术研究

随着油田开发进入中后期,采出液成分日益复杂,部分油田采出液中钙、镁等成垢离子含量高、矿化度高,导致地面管网流程、设施设备等结垢严重,成为影响油田降本增效及开发水平的主要因素之一。在对采出水一般物化特性深度认知的基础上,通过对不同水处理工艺的沉积物成分进行分析及产出机理研究,探索开展油田采出水成垢离子矿化浮选分离技术研究,建立了采出水结垢趋势模型,形成了采出水结垢离子的捕集方法、结垢离子复合体高效捕收方案,开发了泡沫浮选除垢技术及装备,设计并开展现场试验工艺方案优化。通过现场应用,现场连续运行试验达到了成垢离子去除率70%、沉积物产出量与现有技术相比降低30%以上的效果。研究表明,该矿化浮选工艺能有效降低采出水中成垢离子含量,同时实现处理成本低、沉积物产出量少的目标,可广泛应用于采出水处理、锅炉用水处理等方面。     

油田硫酸钡结垢过程影响因素研究

在油田生产过程中,结垢是一个始终伴随的问题。采出水中含有钙、镁、铁、锶、钡等金属阳离子和碳酸根、碳酸氢根、氢氧根、硫酸根、氯离子等阴离子,这些离子在一定条件下会发生反应,析出结晶沉淀而结垢。垢的主要成分为碳酸钙,同时含有碳酸钡、硫酸钡、硫酸钙、镁盐、硅酸盐等成分。关于碳酸钙结垢规律的研究较多,但对硫酸钡结垢的研究相对较少。采用静态沉淀法,研究了反应温度、pH值、成垢离子浓度及聚合物等因素对硫酸钡结垢过程和规律的影响。实验结果表明,随pH值升高和成垢离子浓度的增加,硫酸钡成垢趋势增大;随温度升高和聚丙烯酰胺(HPAM)浓度的增加,硫酸钡结垢量降低。     

华北油田地层水与注入水结垢趋势预测及影响因素

在注水开发过程中,油层或采出系统结垢会大大影响生产效率。开展地层水与注入水结垢规律和机理研究,可对现场除垢技术提供理论指导。采用Davis-Stiff饱和指数法和Ryznar稳定指数法,对华北油田京11区块地层水和注入水在不同温度、p H和成垢离子质量浓度等影响因素下的结垢趋势进行了预测,同时开展静态结垢实验研究了模拟水样的结垢规律。结果表明:华北油田京11区块地层水和注入水的离子组成和质量浓度非常接近且均具有严重的结垢趋势,且地层水的结垢趋势略高于注入水,垢样主要为碳酸钙;模拟水样的实际结垢率可达61%;温度、p H以及成垢离子质量浓度的升高均能大幅提高模拟水样的结垢率,结垢率的增长幅度随温度和p H的升高逐渐增大,而随成垢离子质量浓度的升高逐渐减小。     

樊学地区注入水与产层水的配伍性及注水处理工艺

针对延长石油樊学地区注入水与产层水混合结垢严重的问题, 通过分析水样离子组成和配伍性, 预测了混注水结垢趋势, 确定了注水处理工艺, 并进行了岩心伤害实验。结果表明： 产层水矿化度在 104 mg/L数量级, 其中钡锶离子质量浓度高达 1000 mg/L, 注入水中的硫酸根离子质量浓度约 1000 mg/L。同层回注时, 控制硫酸根浓度是水处理工艺的关键。当硫酸根质量浓度低于 100 mg/L时, 不会产生硫酸锶沉淀; 当硫酸根质量浓度高于1 mg/L时, 会形成硫酸钡垢。采用预混合+沉淀剂+阻垢剂联合处理工艺, 可将硫酸根浓度降至 50 mg/L以下, 再加入 40 mg/L的阻垢剂即可使混注水达到要求。处理后混注水对岩心的伤害率为 15%。图2表 3参 15     

涠12-1油田钡锶垢防治技术研究

涠12-1海上油田注入富含SO42-的海水,地层水含大量二价金属离子,一些油井和地面管线结垢严重。垢样主要成分为硫酸钡、锶,含少量硫酸钙、碳酸亚铁。为此研制了钡锶垢防垢剂NYJH。在等量海水、地层水混合水中,加量30 mg/L的NYJH在90℃下防钡垢率为95.0%,防锶垢率为94.6%,用富含Ba2+、Sr2+的混配水饱和的岩心的渗透率保留率,注入2 PV加和不加NYJH的海水并在70-100℃放置后分别为93.5%-96.7%和85.6%-93.2%,注入5 PV加和不加NYJH的海水并在90℃放置后分别为>90%和80.6%,四轮次交替注入总量140 PV的加和不加NYJH的海水和混配水并在90℃放置后分别为88.7%和67.9%。在涠2-1油田注水站,以40 mg/L的加量在注入水中连续投加NYJH共20天,在2口油井监测,采出水中Ba2+Sr2+浓度迅速大幅上升并维持,停加8天后缓慢下降,表明NYJH对该油田井下钡锶垢的抑制能力很强。图4表3参6。     

陕北油田地面系统结垢原因分析及对策

陕北某油田采用注水方式开发,部分清污混注井地面系统结垢严重。通过结垢产物组成分析、水质分析、采出水结垢预测、回注污水与清水的配伍性,确定结垢原因并提出解决对策。分析结果表明:水煮炉结垢产物主要为碳酸钙(约25%左右)和硫酸锶钡(约75%左右),外输泵结垢产物几乎全部为硫酸锶钡;集油系统结垢主要原因为采出水水质不稳定,存在硫酸钡和碳酸钙结垢趋势,结垢严重的部位还与设备工况有关;注水系统结垢原因为注入污水与注入清水不配伍。采用纳滤膜法和沉淀法处理清水以去除其中成垢阴离子,纳滤处理对SO_4~(2-)的去除率为93.0%,对HCO_3~-的去除率为35.3%;在Ba Cl_2加量为700 mg/L时,沉淀法对SO_4~(2-)的去除率为91.5%。两种方法处理后的清水与回注污水配伍性良好,说明两种方法均能取得较好的防垢效果。     

梁家楼油田硫酸钡锶垢成因分析

梁家楼油田集输站及其外输管线结垢严重。垢样含无机物约95％，用X射线衍射法测定，该垢成分为硫酸钡锶Ba0.75Sr0.25SO4。根据4个集输站21口油井产出水水质分析数据，产出水富含Ba^2＋＋Sr^2＋和（或）SO4^2-，一般而言，生产层为S层的油井产出水富含Ba^2＋＋Sr^2＋，生产层为H层的油井产出水富含SO4^2-，两种水混合引起集输站及外输管线结垢。在4个注水站的回注污水中，Ba^2＋＋Sr^2＋和SO4^2-浓度很低或较低，远低于产出水中的相应浓度。2口井S层岩心薄片分析鉴定结果表明地层胶结物中含重晶石（BaSO4），且推论含天青石（SrSO4），这是S层地层水中成垢离子的来源，使一部分油井井筒或井口至集输站管线结垢，并造成该生产层不同油井产出水中成垢离子浓度的巨大差异。讨论了硫酸钡、硫酸锶的溶解度及温度、压力、含盐量的影响。将分别含4mmol／L Ba^2＋、4mmol／LSr^2＋、8mmol／L SO4^2-的3种溶液混合，生成的沉淀物经X射线衍射法检测，为Ba0.75Sr0.25SO4结晶，利用溶度积数据对该垢的生成作了初步讨论。表4参1。     

丙烯酸／丙烯酸甲酯／马来酸酐共聚物合成与阻垢性能研究

合成了丙烯酸/丙烯酸甲酯/马来酸酐三元共聚物,命名为CT,通过红外光谱对其结构进行了表征;研究了该共聚物对高钡离子水、高锶离子水及油田模拟复合离子(Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+)水的阻垢效果,探讨了高钙离子含量下进一步提高其阻垢效果的措施。结果表明,在加量为60 mg/L下,CT对硫酸钡、硫酸锶阻垢率分别达100%和80%,但对钙垢阻垢率仅为50%。CT对油田低钙(Ca2+含量400 mg/L)、高钡(Ba2+含量500 mg/L)锶(Sr2+含量500 mg/L)复合离子水体的阻钙垢和钡锶垢的效果明显,在CT加量为100 mg/L下,阻垢率均达90%。质量比2:1的CT与钙阻垢剂CX的复配物,在加量为100 mg/L时,可使高钙(Ca2+含量1000 mg/L)、高钡(Ba2+含量500 mg/L)锶(Sr2+含量200 mg/L)复合离子水体的阻垢率达96.7%,可满足高钙、高钡锶离子水体阻复合垢需要。