低劑量水合物抑制劑隨多相混輸體系進(jìn)入到油氣水處理系統(tǒng)中后, 其是否對(duì)油氣水處理工藝和處理效果產(chǎn)生影響是關(guān)系到天然氣資源開(kāi)發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題?筆者選取了5 種不同類(lèi)型的水合物抑制劑,探索研究了低劑量水合物抑制劑對(duì)油田污水處理系統(tǒng)中污水結(jié)垢性和腐蝕性的影響以及與常見(jiàn)水處理化學(xué)品的配伍性?
1 試驗(yàn)部分
1.1 試劑及儀器
水合物抑制劑樣品:A,聚乙烯基吡咯烷酮類(lèi)動(dòng)力學(xué)抑制劑,工業(yè)品,進(jìn)口;B,聚乙烯基吡咯烷酮類(lèi)動(dòng)力學(xué)抑制劑,小試樣品,國(guó)內(nèi);C,聚乙烯基吡咯烷酮類(lèi)動(dòng)力學(xué)抑制劑,小試樣品,國(guó)內(nèi);D,聚氧乙烯聚醚表面活性劑類(lèi)的阻聚劑,小試樣品,國(guó)內(nèi);E,聚氧乙烯聚醚表面活性劑類(lèi)的阻聚劑,小試樣品,國(guó)內(nèi)?
水處理化學(xué)品:ATMP,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的水溶液,工業(yè)品;丙烯酸-AMPS 共聚物,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的水溶液,工業(yè)品;咪唑啉緩蝕劑TS-709,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的水溶液,工業(yè)品?
儀器:恒溫水浴,烘箱?
1.2 試驗(yàn)方法
結(jié)垢性的測(cè)定: 將含一定濃度低劑量水合物抑制劑的油田污水在70 ℃水浴中恒溫, 通CO2氣體30 min 至飽和狀態(tài),加塞密閉,再置于70 ℃烘箱中恒溫25 h?試驗(yàn)后水樣經(jīng)過(guò)濾?冷卻,用EDTA 法〔7〕測(cè)定水中鈣?鎂離子的含量?通過(guò)水中成垢離子(Ca2+?Mg2+)濃度的變化考察水合物抑制劑對(duì)污水結(jié)垢性的影響?
腐蝕性的測(cè)定: 采用靜態(tài)掛片法研究低劑量水合物抑制劑對(duì)油田污水腐蝕性的影響?將含一定濃度低劑量水合物抑制劑的油田污水在50 ℃水浴中恒溫30 min,同時(shí)通CO2除氧,然后通入特定濃度的H2S, 并立即將已稱(chēng)重的A3 碳鋼試片掛入瓶中,密封,置于50 ℃烘箱中?168 h 后取出試片,經(jīng)清洗?干燥處理后,稱(chēng)重,根據(jù)試片的質(zhì)量損失計(jì)算平均腐蝕速率,同時(shí)做空白試驗(yàn)?
2 結(jié)果與討論
2.1 低劑量水合物抑制劑對(duì)污水結(jié)垢性的影響
為驗(yàn)證低劑量水合物抑制劑對(duì)油田污水結(jié)垢性的影響,按表1 配制強(qiáng)結(jié)垢型的油田污水,并添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%~3%低劑量水合物抑制劑進(jìn)行試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表2?試驗(yàn)表明,對(duì)于具有較強(qiáng)結(jié)垢趨勢(shì)的油田水質(zhì),加入水合物抑制劑后,Ca2+的保有率比空白稍有下降,但不顯著,即水合物抑制劑的加入對(duì)油田污水碳酸鈣垢的沉積不會(huì)造成太大的影響?除了E外, 隨著A~D 水合物抑制劑用量增加,Mg2+的保有率有不同程度的下降, 表現(xiàn)出對(duì)油田污水中Mg2+的沉積有一定的促進(jìn)作用?
2.2 低劑量水合物抑制劑對(duì)污水腐蝕性的影響
含3%低劑量水合物抑制劑的油田污水通CO2除氧, 并添加100 mg/L 的H2S 增加水的腐蝕性,進(jìn)行靜態(tài)腐蝕掛片試驗(yàn), 研究低劑量水合物抑制劑對(duì)油田污水腐蝕性的影響,結(jié)果見(jiàn)表3?
從表3 可以看出, 當(dāng)油田污水體系中H2S 含量較高?腐蝕嚴(yán)重時(shí),加入A~E 水合物抑制劑可顯著改善油田水對(duì)碳鋼的腐蝕性, 表現(xiàn)出良好的緩蝕作用?這主要是由于A~C 水合物抑制劑分子結(jié)構(gòu)中的吡咯烷酮雜環(huán)結(jié)構(gòu)中含有未共用電子對(duì)的氮?氧等元素,可以與金屬表面的空軌道雜化進(jìn)行配位結(jié)合,從而在金屬表面形成牢固的化學(xué)吸附層, 抑制金屬的析氫腐蝕?D?E 水合物抑制劑分子結(jié)構(gòu)中含有親水性的聚氧乙烯基, 在酸性水溶液中可以在金屬表面的陰極區(qū)通過(guò)物理吸附作用形成保護(hù)膜, 而分子結(jié)構(gòu)中的疏水基團(tuán)則排列在金屬表面, 將腐蝕介質(zhì)與金屬表面隔離,從而可以防止腐蝕的發(fā)生〔8〕?
2.3 低劑量水合物抑制劑與常用水處理劑的配伍性
對(duì)于結(jié)垢型油田污水, 常用添加一定量的化學(xué)防垢劑進(jìn)行防垢, 因此研究低劑量水合物抑制劑對(duì)油田污水處理系統(tǒng)的影響,必須研究其與常用水處理藥劑之間的配伍性?實(shí)驗(yàn)選擇了油田水處理中常用的有機(jī)磷類(lèi)以及丙烯酸聚合物類(lèi)阻垢分散劑進(jìn)行配伍性試驗(yàn)?其中低劑量水合物抑制劑投加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%, 有機(jī)磷類(lèi)以及丙烯酸聚合物類(lèi)阻垢分散劑投加質(zhì)量濃度(以市售產(chǎn)品計(jì))均為16 mg/L,按表1 配制試驗(yàn)用水,在70 ℃條件下,恒溫加熱25 h 后,測(cè)定藥劑阻垢性能的變化,結(jié)果見(jiàn)表4?
由表4 可知,A~E 水合物抑制劑對(duì)有機(jī)磷類(lèi)和丙烯酸聚合物類(lèi)阻垢分散劑的阻垢效果都有不同程度的影響,二者配伍性不理想?這主要是由于有機(jī)磷類(lèi)和丙烯酸聚合物類(lèi)阻垢分散劑都屬于陰離子型大分子化合物,主要依靠與Ca2+等成垢離子的螯合?吸附等作用改變CaCO3等晶體的結(jié)構(gòu), 分散垢晶,起到阻垢分散的作用〔9〕?A~C 水合物抑制劑為乙烯基吡咯烷酮的聚合物產(chǎn)品,屬于陽(yáng)離子型表面活性劑,在水中與有機(jī)磷類(lèi)阻垢劑和丙烯酸聚合物類(lèi)阻垢分散劑會(huì)發(fā)生吸附反應(yīng),削弱了阻垢劑的阻垢性能?D和E 水合物抑制劑為聚氧乙烯聚醚類(lèi)高分子非離子表面活性劑產(chǎn)品, 親水基上的氧原子或羥基與水分子之間可以形成氫鍵, 從而增加了Ca2+等成垢離子周?chē)目臻g位阻, 影響阻垢劑分子進(jìn)攻垢晶生長(zhǎng)的活性點(diǎn),干擾其阻垢性能?
國(guó)外控制油田水CO2?H2S 腐蝕的緩蝕劑中,以咪唑啉類(lèi)化合物應(yīng)用最為廣泛?因此,筆者選擇了咪唑啉類(lèi)緩蝕劑TS-709,研究了低劑量水合物抑制劑與油田水緩蝕類(lèi)藥劑的配伍性?在含有3%低劑量水合物抑制劑和30 mg/L TS-709 的油田污水中通CO2除氧后再添加100 mg/L 的H2S 增加水的腐蝕性,在50℃下進(jìn)行靜態(tài)腐蝕掛片試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表5?
由表5 可知, 對(duì)于以H2S 為主的腐蝕,A~E 水合物抑制劑與咪唑啉類(lèi)緩蝕劑有比較好的配伍性,尤其是A?E 更是表現(xiàn)出良好的協(xié)同作用?
3 結(jié)論
(1)對(duì)于強(qiáng)結(jié)垢型的油田污水,聚乙烯基吡咯烷酮類(lèi)動(dòng)力學(xué)抑制劑和聚氧乙烯聚醚表面活性劑類(lèi)阻聚劑的存在對(duì)其碳酸鈣垢的沉積影響不大, 但隨著A~D 水合物抑制劑用量增加,對(duì)油田水Mg2+的沉積有一定的促進(jìn)作用?
(2)對(duì)于有H2S 腐蝕存在的強(qiáng)腐蝕型油田污水,聚乙烯基吡咯烷酮類(lèi)動(dòng)力學(xué)抑制劑和聚氧乙烯聚醚表面活性劑類(lèi)阻聚劑均可顯著改善油田污水對(duì)碳鋼的腐蝕性,表現(xiàn)出良好的緩蝕作用?
(3) 聚乙烯基吡咯烷酮類(lèi)動(dòng)力學(xué)抑制劑和聚氧乙烯聚醚表面活性劑類(lèi)阻聚劑與市場(chǎng)常見(jiàn)的有機(jī)磷類(lèi)阻垢劑和丙烯酸聚合物類(lèi)阻垢分散劑配伍性均不佳,對(duì)其阻垢效果都有不同程度的影響,但與咪唑啉類(lèi)緩蝕劑配伍協(xié)同性良好, 可提高咪唑啉類(lèi)緩蝕劑的緩蝕性能?
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