油田污水常用阻垢剂的研究进展(2)

毕业设计（论文）

大庆外围低渗透油田仍采用传统的“酸处理工艺”来解决垢问题，即对结垢严重的油水井采用酸洗方法、对结垢严重的油层采用酸化压裂的方法。这种“酸”处理方法存在如下弊端：①当垢被盐酸溶解后，在局部区域会形成高浓度的氯化钙溶液，这种溶液同原来的地层水系混合，酸度下降，诱发钙盐的二次沉淀，造成二次结垢。这一诱发垢沉积机理已被物理模拟实验所证实。②酸除垢方法处理频繁、成本高。③油水井频繁酸洗会腐蚀油管、井筒、井泵等配套设备，缩短使用寿命，频繁酸化压裂会伤害油层。因此，有效解决外围低渗透油田“垢”问题就是改变传统的“酸处理工艺”，开发出高效、低成本、低腐蚀的防垢与除垢技术。其技术核心就是研制高效低成本的有机弱酸性与中性络合除垢剂，并与缓释型防垢剂配合使用，从而实现一次清垢、降低结垢速度、大大延长除垢周期，最终有效、经济、科学地解决“垢困扰”。

阻垢剂在使用过程中，其影响因素尚缺少系统的研究，认识上也不深刻，在应用上表现出同一种药剂在不同的循环水系统处理效果相差甚远，同一种药剂在同一循环水系统不同时期处理效果相差甚远，最终不能取得好的效果。因此，为解决水处理剂在使用过程中出现的一些异常现象，正确掌握水处理剂的使用条件，有必要对常用的水处理缓蚀阻垢剂的影响因素作较为系统的研究。各石化炼油企业在选用水处理缓蚀阻垢剂时，都要依据其实际的水质条件和工况条件进行药剂的筛选和性能评价。因此，发展和完善试验方法、采用正确、先进的测试手段显得尤为的重要。工业循环水在处理过程中， 除了存在阻垢缓蚀问题之外，也会遇到杀菌和絮凝等其他问题。因此， 在添加水处理剂的过程中，也要注意阻垢缓蚀剂和杀菌剂、絮凝剂等其他药剂的配伍性能。高含硫原油在加工过程中对冷换设备的腐蚀十分严重，介质泄漏至循环水的现象时有发生，给循环水系统的水质稳定处理带来了较为严重的影响，不但加重了循环水系统冷换设备的腐蚀和结垢，以及生物粘泥的增加，甚至于使原有的水处理药剂失去作用，对装置的正常生产威胁较大。因此，在研究解决H2S对循环水系统的影响时，提出相应的解决措施也是加工高含硫原油炼油企业的重要课题。进入21世纪，缓蚀剂向着无毒无公害、可生物降解以及环境友好的方向发展。阻垢剂的主要发展研究方向将向着聚合物阻垢剂的高效性、广泛使用性和稳定性方向发展。复合配方能发挥出比单一药剂更显著的阻垢缓蚀性能，弥补单一药剂结构上的缺憾，并能适当的降低有效药剂的含磷量，是目前循环冷却水阻垢缓蚀配方开发的主要方法，相信今后仍有更广阔的应用前景。随着环保力度的加大，保护环境、治理污水和节约用水具有同等的重要意义。因此，开发研制适合环境保护需求的无磷或低磷、非氮和可生物降解的环保型缓蚀阻垢剂将成为工业水处理领域中最主流的研究方向。在科研开发领域要求进一步研究金属腐蚀的基本原理，从宏观和微观两个方面揭示金属腐蚀的本质，运用物理和化学联合作用的方法以及各类缓蚀剂的协同作用。指导缓蚀剂的研发；进一步提高缓蚀剂的缓蚀性能，并注意研究阻垢剂协同作用，研究出性能更好的复合缓蚀剂。同时高效多功能环境友好的高分子型聚合物缓蚀剂的开发生产也不能忽视。总之，新型、高效、复合、环保、多重性能以及经济的缓蚀阻

6

毕业设计（论文）

垢剂是今后发展的主要潮流。

1.2 阻垢剂在油田污水处理中的作用及意义

油田污水中的一些天然的杂质和化学添加剂等，如可溶性盐类、固体颗粒重金属、悬浮的乳化油、硫化氢等，以及外界注入地层的酸类、润滑剂、杀菌剂、除氧剂、防垢剂等会造成堵塞、管线腐蚀，而且外排亦造成污染。目前，化学絮凝法普遍应用于油田企业，常作为预处理技术和气浮法联合使用。絮凝剂是为防止这些因素而产生的一类油田化学剂，常用的絮凝剂主要分为无机絮凝剂、有机絮凝剂和复合絮凝剂三大种类。有机高分子絮凝剂具有用量少、处理速率快、效率高和产生污泥量少等优点，随着近年来研究和发展，其在油田污水处理中研究和运用起着重要作用。油田污水结垢是油田在生产过程中不可避免的问题，它伴随着油田产出水量增加而更突出。结垢带来的问题严重影响了油井的生产，因此加强对阻垢的研究可以很好地避免或减小石油工业的损失，并且带来一定的经济效益。迫使停产除垢，这不仅缩短了装置的运行周期，还可能给装置的安全生产带来隐患［2］。因此，设备和管线的结垢问题已成为影响装置安全平稳、长周期、满负荷生产运行的一大瓶颈，研究能够有效防止或减轻结垢的阻垢剂，对油田正常生产具有重要意义。近来，化学阻垢剂用来抑制垢的生成是最常用的阻垢方法。伴随着相关技术的发展进步，阻垢剂发展方向将由无机转至有机聚合物，从含磷到无磷环境友好型。油田污水中硫在主要存在方式为S、52一、50广，s50 广在硫酸盐还原菌的作用下被还原成52一，而52一对钢铁具有极其强烈的腐蚀性，可导致管壁穿孔，千扰了正常生产，还有其腐蚀产物为黑色胶状FeS悬浮物且不溶于水，从而导致悬浮物增加； FeS又是一种乳化油稳定剂，进一步增加污水除油难度。目前化学除硫剂使用较多，常用的除硫剂是通过物理沉淀反应作用或化学氧化作用来达到除硫的效果，其主要分为两种类型：氧化剂型和沉淀型。

随着社会经济的发展，尤其是科学发展观的提出，对和谐社会提出了更高的要求。根据油田化学剂在油田污水处理中的相关应用，对油田污水的处理迎合了环境可持续发展的要求。油田污水经不合理的处理、回注和排放会对环境造成一定的污染，带来危害，同时也会使油田地面设施不能正常运作，不利于油田的生产，所以应当认真合理的处理利用油田污水。当然在生产实践中，油田污水能够有效回注是合理开发利用水资源的正确方法和有效途径。油田污水主要有油田采出水、钻井污水及其它的含油污水类型。油田废水水质复杂，常含有石油破乳剂、盐、酚、硫等环境染物，其油分含量及油在水中存在方式也经相同，在多数情况下经常发生不同的废水相混合，为了更好地应对这种情况，在实际操作中常常运用多种方法的结合应用，并有针对性地进行处理，好于单一方法局限性和所得到的作用效果，从而使水质达到排放标准。然而，由于各油田的环境背景、生产方式及处理水用途的各异，使得油田污水处理的方法参差不齐。油田污水处理目的在于去除水中的油、添加剂、悬浮物以及其他有碍于注水，且易造成注水系统腐蚀

7

毕业设计（论文）

和结垢的有害成分。一般情况下油田污水处理所采用的技术方法包含重力分离、浮选法、过滤、粗粒化以及生物法等。油田化学剂是广泛应用于石油工业各领域的化学化工产品或者天然化学物质。在油田污水处理的过程中通常使用的化学剂有杀菌剂、缓蚀剂、阻垢剂、絮凝剂和除硫剂等。当然各油田的水质成分差异明显，处理后回注水的水体品质要求也各异，故在处理工艺应有所选择。综述而言，新型药剂和设备的研制及其新工艺的开发，还有新技术的应用为油田污水处理发展的新趋势。油油田污水的处理根据油田生产的不同用途可以有很多种方式方法。油田污水主要的危害是对管线和设备的腐蚀、结垢以及对油层进行污染，为解决这些问题，常常使用杀菌剂、阻垢剂、缓蚀剂、絮凝剂和除硫剂等等。

随着全球环境问题的日益严峻，可以预计，包括阻垢剂在内的水质稳定剂的发展方向是开发无毒及无公害的新型高效药剂。随着工业化生产的迅速发展，水资源短缺和水质污染日益严重，已成为世界性的社会危机。在工业用水系统中，污垢的形成是除材料和设备腐蚀以外的第二大主要危害[3]。我国水处理阻垢剂的研究开发于20世纪70年代(而国外早于30年代开始)，经过了近40年的发展，经历了天然聚合物阻垢剂、含磷聚合物阻垢剂等。由于天然聚合物药剂用量大，费用高；含磷类阻垢剂不能有效地抑制磷酸钙和锌垢以及解决氧化铁沉淀问题，且本身易形成有机磷酸垢，特别是随着人们对环保的加强，考虑到磷的污染性，环保部门已对磷的使用有了限制，所以开发低磷或无磷的新型绿色阻垢剂已成为国内外水处理剂方面研究的重要课题。

1.3 阻垢剂的发展历程[4-5]

阻垢剂的早期应用可追溯到30年代，当时所用的阻垢剂多为天然产物(如木质素和丹宁等)，在组成和性能上并不稳定。加酸(硫酸或盐酸)控垢也是这一年代所用方法之一。到了40年代，人们已经能够利用Lange-lier指数或Ryznar指数预测水的结垢倾向，但在技术上仍采用加酸调pH值的控垢手段。在50年代，人们主要关注金属腐蚀的防护问题，阻垢技术并没有多大进展。进入60年代，由于石油化工的大规模发展，对循环冷却水的水质提出了越来越高的要求，相应的排放对环境的影响也日渐受到重视。在此背景下，开发了合成水溶性聚合物、有机膦酸化合物(包括有机膦酸酯和有机膦酸盐等)，开创了现代冷却水阻垢技术的新局面。其中，有机膦酸化合物的开发起源于核材料的萃取分离，几十年来它几乎已经成为磷系冷却水处理配方中难以取代的一员。1967年，人们又成功地利用这些聚合物和有机膦化合物，开发出全有机非重金属冷却水处理方案，即有机膦酸盐、聚合物和天然有机物复合配方。该方案首次提供了在碱性冷却水条件下抑制腐蚀和结垢的方法，这一技术上的突破，对冷却水处理技术的发展有特殊意义。70年代，阻垢剂得到迅猛发展。低分子质量聚丙烯酸、水解聚马来酸酐及各种共聚物被用于磷系配方中，使水处理技术上升到一个新水平。1977年，第一个可稳定磷酸钙的合成聚合物获得专利，随后的短短几年内，一些用于稳定硫酸钙、磷酸钙和用于分散铁氧化

8

毕业设计（论文）

物以及作其它特殊用途的二元、三元共聚物纷纷出现并投入使用。这使得原有的无机磷药剂得到改进，在很大程度上克服了易产生磷酸钙垢的弊病，从而可用于较苛刻的水质条件。在有机膦药剂的开发方面，为了适应高浓缩倍数的需要，出现了2-膦酰基-丁烷-1，2，4-三羧酸(PBTC)。在此期间，关于阻垢剂作用机理等研究工作也逐步开展起来，水质稳定技术和药剂的制备被确认为一门新兴综合性应用学科。进入80年代，使用包括稳定磷酸钙专用聚合物的碱性磷酸盐处理方案已经普及。80年代中期，2-羟基-膦酰基乙酸(HPA)问世，组成了人们所期望的，可与金属离子配方相抗衡的全有机水处理剂。由聚合物及有机膦组成的全有机配方受到人们的高度重视，配方不断更新。90年代，这种水处理方案继续得到发展，新开发的有机膦酸(盐)在阻垢、缓蚀及复配增效等方面均有明显提高。其主要特点是分子增大，出现了大分子有机磷酸(盐)。它们在国外已经商品化，并成为研究开发的重点，如PAPEMP(多氨基多醚基甲叉膦酸)和POCA(膦酰基羧酸)。另外，稳定或分散水中多种沉积物的专用聚合物也已能制取。全有机配方的全面实施和不断改进将是今后较长一段时期水处理剂发展的主要方向。我国的水质稳定剂开发与研究是从70年代初，随着13套30万吨合成氨生产装置的引进开始的，经过20多年的发展，迄今已基本上具备了国外先进国家所拥有的一般性技术和药剂，能够满足国内生产企业的应用。但在药剂品种和质量上，与国外先进国家尚有较大差距，尤其是在高温、高pH值以及沉积盐浓度较高的条件下使用的药剂，差距更大；在药剂作用机理方面的研究，目前尚不够系统、完整和深入。

油田污水中的一些天然的杂质和化学添加剂等，如可溶性盐类、固体颗粒重金属、悬浮的乳化油、硫化氢等，以及外界注入地层的酸类、润滑剂、杀菌剂、除氧剂、防垢剂等会造成堵塞、管线腐蚀，而且外排亦造成污染。目前，化学絮凝法普遍应用于油田企业，常作为预处理技术和气浮法联合使用。絮凝剂是为防止这些因素而产生的一类油田化学剂，常用的絮凝剂主要分为无机絮凝剂、有机絮凝剂和复合絮凝剂三大种类。有机高分子絮凝剂具有用量少、处理速率快、效率高和产生污泥量少等优点，随着近年来研究和发展，其在油田污水处理中研究和运用起着重要作用。

9

毕业设计（论文）

2 阻垢剂作用机理及类型

2.1 阻垢剂的作用机理

阻垢剂的定义：向水中投放某些药剂以阻止水垢的形成，沉淀或增加碳酸钙的溶解度，使其在水中呈分散状态不易沉淀，这些药剂统称为阻垢剂或分散剂。在工业上常用的形式主要有阻垢缓蚀剂和阻垢分散剂两种。

目前对于阻垢剂作用机理的看法尚不统一，归纳起来主要有以下几种观点： 2.1.1 螯合增溶作用[6]

这种观点认为，阻垢剂能与水中Ca2+、Mg2+等阳离子形成稳定的可溶性螯合物，从而提高了冷却水中Ca2+、Mg2+离子的允许浓度，相对来说就增大了钙、镁盐的溶解度。 2.1.2 阈值效应(Threshold Effect)：

在水中投加几种阻垢剂(数量级为每升数毫克)，可将比按化学计量比高得多的钙离子稳定在水中。文献[7]认为，产生这一现象的原因在于阻垢剂的阴离子和金属阳子的螯合作用并非按化学计量比而进行。而文献[8]则认为是由CaCO3微晶吸附上阻垢剂后可抑制CaCO3晶体的析出。 2.1.3 晶格畸变作用[9，10]：

在CaCO3微晶成长过程中，若晶体吸附有阻垢剂并掺杂在晶格的点阵中，就会使晶体发生畸变，或者使大晶体内部的应力增大，从而使晶体易于破裂，阻碍了沉积垢的生长。

2.1.4 凝聚与随后的分散作用[11，12]：

对于聚羧酸盐类聚合物阻垢剂，在水溶液中解离生成的阴离子在与CaCO3微晶碰撞时，会发生物理化学吸附现象而使微晶表面形成双电层。聚羧酸盐的链状结构可吸附多个相同电荷的微晶，它们之间的静电斥力可阻止微晶的相互碰撞，从而避免了大晶体的形成。在吸附产物又碰到其它聚羧酸盐离子时，会把已吸附的晶体转移过去，出现晶粒的均匀分散现象。从而阻碍晶粒间及晶粒与金属表面间的碰撞，减少溶液中的晶核数，进而将CaCO3稳定在水溶液中。 2.1.5 再生-自解脱膜假说[13、14]：

Herbert等认为聚丙烯酸类阻垢剂能在金属传热面上形成一种与无机晶体颗粒共同沉淀的膜，当这种膜增加到一定厚度时，会在传热面上破裂并

脱离传热面。由于这种膜的不断形成和破裂，使垢层生长受到抑制，此即“再生-自解脱膜假说”。此假说在实质上反映了阻垢剂的“消垢”机制。关于这一假说，尚有异议。

10

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库油田污水常用阻垢剂的研究进展(2)在线全文阅读。