[发明专利]一种检测溶液中硫酸根离子浓度对防垢率影响的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测溶液中硫酸根离子浓度对防垢率影响的方法。

背景技术

在原油的开采过程中，结垢是一种普遍存在的现象。许多油田存在井下油管结垢；当原油含水量较高时，采出液在集输设备中结垢；注水采油中在注水井及配套设备中结垢；稠油开采注高温热水，高温热水在加热炉、注水管线中结垢；在复合驱油中，采出液在油管及采油设备上结垢；如此等等。

结垢对油井的正常生产有较大的影响，垢沉积在地层会堵塞地层孔隙、裂缝，造成渗透率降低，原油产量下降，严重时甚至造成油井停产，对渗透率较低的油层影响更甚；当垢沉积在井筒、油管、抽油泵、注水系统、集输系统、加热系统等设备上时，会造成设备不能正常运转，传热效率降低，导致生产能力下降，而且结垢还会引起设备和管线的腐蚀，给油田造成严重的经济损失。

针对油田的各种结垢状况，有两类解决的办法：一是除垢；二是防垢。除垢是一种补救措施，除垢时，它已经产生了减产和设备的腐蚀，造成了较大的经济损失，因此，防止垢的生成才是一种好的措施。在防垢的方法中，用化学剂防垢是人们公认的简单、有效、方便、经济的方法。因此各油田都针对各自的区块特点研究适应不同条件的化学防垢剂。而研制高效的防垢剂就更是各个油田普遍追求的共同目标。

油田最常见的垢型有碳酸钙、二水硫酸钙、硫酸钙、硫酸钡和硫酸锶。而微量的硫酸锶往往存在于大量的硫酸钡中，很难把它们分开。

结垢的主要原因是由于压力或温度改变、蒸发、或两种不相配伍的水互相混合，使原来以离子状态存在于水溶液中的无机盐达到过饱和状态，超过了他们的溶解度而结晶出来成垢。

在以上几种易结垢盐中，无论在什么温度下，硫酸钡和硫酸锶的溶解度都非常小，硫酸钡是油田中最难溶解的物质之一。硫酸钡的溶解度随着温度与压力的升高而增大，但这种影响的幅度非常小。例如，25℃时，硫酸钡的溶解度为2.3mg/L，当温度提高到94℃时，溶解度仅增加到3.9mg/L。压力的影响更是微不足道。水中含盐量对硫酸钡溶解度有较大的影响，当水中NaCl从1g/L增加到100g/L时，溶解度增加10～15倍。油田注水系统中只有Ba²⁺和SO₄^2-这两种离子，就会生成硫酸钡垢。在许多情况下，Ba²⁺和Sr²⁺一同沉淀，形成硫酸钡锶垢，一般情况下，硫酸钡垢中约含有硫酸锶1.2％～15.9％。所以，在注水地层中，硫酸盐结垢的主要是富含的注入水与地层中Ca²⁺、Ba²⁺和Sr²⁺混合后发生化学反应生成沉淀而引起的。

防垢剂的防垢机理比较复杂，随着沉淀过程动力学、成垢预测模型和各种防垢技术的大量研究，使成垢机理的研究和结垢的控制有了大的进展。一般认为成垢物质和溶液之间存在动态平衡，防垢剂能够吸附到成垢物质上，并影响垢的生长和溶解的动态平衡。

防垢剂的防垢机理主要有以下几种：

(1)晶格畸变

碳酸钙微晶成长时按照一定的晶格排列，结晶致密而坚硬。加入防垢剂后，防垢剂吸附在晶体上并掺杂在晶格的点阵中，对无机垢的结晶形成了干扰，使晶体发生畸变，或使大晶体内部的应力增大，从而使晶体易于破裂，阻碍了垢的生长。

(2)络合增溶

络合增溶作用是防垢剂在水中能够与钡、锶离子形成稳定的可溶性螯合物，将更多的钡、锶离子稳定在水中，从而增大了钡、锶盐的溶解度，抑制了垢的沉积。

(3)凝聚与分散

阴离子型防垢剂，在水中解离生成的阴离子在与碳酸钙微晶碰撞时，会发生物理化学吸附现象，使微晶粒的表面形成双电层，使之带负电。因防垢剂的链状结构可吸附多个相同电荷的微晶，静电斥力可阻止微晶相互碰撞，从而避免了大晶体的形成。在吸附产物碰到其它阻垢剂分子时，将已吸附的晶体转移过去，出现晶粒均匀分散现象，从而阻碍了晶粒间和晶粒与金属表面的碰撞，减少了溶液中的晶核数，将碳酸钙稳定在溶液中。

(4)再生-自解脱膜假说聚

丙烯酸类阻垢剂能在金属传热表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后，在传热面上破裂，并带一定大小的垢层离开传热面。由于这种膜的不断形成和破裂，使垢层的生长受到抑制。

(5)双电层作用机理