运用电化学预处理工序防止金属管件表面结垢

2019-12-17 09:44 来源：钢铁世界网作者：dengys

近年来，人们将油田防垢研究方面的研究重点集中在对垢物的非均匀成核作用与垢物在金属管件表面的生长(黏着)之间相互作用的关系上，而对均匀成核作用与因本体溶液而促成的垢物生长之间的相互关系则不再予以关注。传统上对均匀成核作用的研究是在工业标准的试瓶(jar)类试验中进行的，目的是评价防垢剂的性能。人们对非均匀成核作用与垢物的生长之所以感兴趣，是因为人们认为垢物的黏着比垢物的大面积均匀沉积更为严重。减少垢物的黏着，而不是大量添加防垢剂，这种工艺措施会降低某些生产区域内结垢的风险，在防垢措施难以触及到的区域内，或者在修井费用过高的复杂油藏中，这种工艺措施的作用尤为突出。针对油田生产环境而进行的实验室化学性能测试除了常规的静态试瓶测试之外，目前正转向金属表面垢物沉积测试技术的试验研究，管阻特性动态测试通常用于油田生产条件下对防垢剂的选择，有时也用于检测防垢剂阻止垢物在微孔盘管中积附与生长的能力。较之常规试瓶测试，这些测试可给出不同的防垢剂特性以供选择，并按优劣排序。不同主要体现在动态测试滞留时间较短(仅为lOs，而常规试瓶试验的滞留时间则长达2～24h)；某些类防垢剂具有分散剂与抗凝结剂的综合性能；成核作用与晶体生长阻抗效应同垢物在微孔隙油管管壁上黏着的效应之间存在着差异。

二、近期的研究工作近期进行的研究工作表明，虽然防垢剂对垢物的大量沉积有一定的抑制作用，但另一方面它却加剧了垢物在金属表面黏着与生长的程度。应用电化学方法评定电极上氧还原反应的速率，可对金属表面上的垢物沉积进行监控。应用中有发展前景的技术还包括井下显微镜检查、石英晶体微量天平和电化学阻抗光谱法。在垢物的表面沉积和防垢研究中，重点研究防垢剂在金属管件表面所起的作用。许多聚合物防垢剂都具有降低腐蚀速率的作用，这是因为它们吸附在金属表面，从而抑制了该表面上的腐蚀活动。控制垢物生长的机理是防垢剂能够吸附在垢物生长区域内。对可成膜防腐剂在金属表面上的吸附也进行了试验研究，结果表明这种防腐剂具有阻止垢物黏着的作用。

三、实验室试验1，防垢剂对硫酸(BaSO )垢物的作用这类试验包括常规的静态或试瓶类防垢效果验，一般都在试验溶液中悬挂一个耐蚀、耐温镍基合金(Hastelloy)挂片，并且使挂片处于旋转状态。试验在20cI二温度和层流条件下进行，试验溶液为Forties油田地层水与盐水的混合液，混合配比为90：10。试验中磷基聚羟酸(PPCA)防垢剂本文是发表在SPE74676上AnAssessment ofAdhesion ofScale andElectrochemicalPretreatmentforthePreventionScaleDeposition∞Metal 咖一文的概要，感兴趣的读者可据此进一步查阅。浓度较高，仅有极少量的BaSO 垢物黏着在挂片上。随着防垢剂作用的减弱，在22h的滞留时间内发生部分垢物黏着。在低PPCA浓度时，层流条件下BaSO 垢物在金属挂片表面上的黏着比紊流条件下更为严重。在低防垢剂浓度条件下垢物的黏着量比进行过防垢处理挂片上的黏着量高很多。在层流条件下22h的滞留时间内，lppm和4ppm PPCA条件下挂片表面的垢物覆盖量分别为6．65mg和0．42mg BaSO ，而与之相比较未处理挂片上的BaSO 垢物覆盖量则为1．36rag。在层流条件下，未处理金属挂片表面上形成的沉积物的形态为立方体与菱形组合形式，尺寸在2h滞留时间内为1—2．5 m 。在25h滞留时间内，垢物结晶体具有同样的形状，但是单个垢物结晶体的尺寸为1～5 m，形成一种致密的互层。此时垢物沉淀物的形态大约为立方体，但是沉淀物在边侧成层和形成圆角。单个垢物结晶体明显地大于在不采取防垢措施条件下观察到的垢物结晶体，22h之后的平均尺寸大于101xm。2。电化学预处理(1)垢物沉积应用不锈钢转盘式电极(RDE)作为垢物沉积表面。两个重要的实验阶段为：对RDE表面进行预处理；进行垢物沉积试验，来评价预处理效果。在pH值为lO的5g／L NaCl溶液中RDE以600r／min的速度旋转，溶液中含有PPCA防垢剂，通过三电极试验装置对过饱和甘电极(SCE)施加一lV电压2min。在进行垢物沉积试验之前使用蒸馏水对电极进行了漂洗处理。垢物沉积试验在盛有过饱和碳酸钙(CaCO )溶液(pH值为9)的容器中搅拌进行，将经过电化学预处理和未经电化学预处理的RDE挂片浸没在该溶液中2h。(2)试验结果在不进行电化学预处理的条件下，不锈钢电极在2h的浸没时间内发生大量的垢物沉积，形成的垢物结晶体为立方体，尺寸通常为10—201~m。通过扫描镜分析可清楚地看出，同未进行电化学处理的参照试件相比，在Mg 离子存在条件下进行了预处理的试样其垢物的沉积量明显地降低。当防垢剂与Mg 都存在时，预处理的防垢作用最佳。如果在含有Ca 和不含有防垢剂的溶液中进行预处理，垢物沉积量的降低是微乎其微的。在预处理过程中添加防垢剂可以降低垢物的沉积量(同未添加防垢剂参照试样相比)，但是预处理的防垢效果不如存在Mg2 离子条件下预处理的效果好。在使用防垢剂和预处理过程中添加了Ca 与Mg 离子的条件下，取得了较好的防垢效果。这种试验效果表明，Mg2 离子的存在促使了防垢剂与试样表面的黏着和形成更加有效的防垢膜阻止垢物的沉积。试验得出了两种黏着机理。第一种机理是在PPCA上分解的酸盐官能团与吸附的二价阳离子之间产生一种静电阳离子桥接。二阶阳离子吸附形成一种非常强的表面正电荷，而分解的酸根与其发生黏合。第二种机理是，在Mg2 离子存在的情况下，可在电极表面上形成一种氢氦化镁膜。关于PPCA在电极表面上发生的电化学吸附机理目前正在进行深人研究。

四、结论

(1)BaSO4在金属挂片表面上的沉积量在层流条件下要比紊流条件下大得多。

(2)如果防垢剂的浓度低于最小防垢剂浓度，PPCA会促使垢物的黏着与生长。

(3)对金属RDE挂片进行电化学预处理可有效地防止挂片表面上CaCO 垢物的形成。

(4)在进行电化学预处理过程中Mg 离子的存在会明显地降低结垢量，如果PPCA存在则防垢效果更好。

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