海上某油田污水用铁离子稳定剂的研究与应用.pdf
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1、文章编号:1008-2336(2023)02-0035-04海上某油田污水用铁离子稳定剂的研究与应用方培林,方明新,沈靖,王世帆(中海油(天津)油田化工有限公司,天津300451)摘要:海上某油田污水管线铁离子含量超标,水体发黑,污水流程管线发现大量黑色垢样。通过对垢样成分分析发现,垢样主要成分为硫化亚铁。为稳定注水水质,减轻管线结垢,开展了铁离子沉积化学防治技术研究。该文介绍了一种新的生产污水用铁离子稳定剂评价方法,并使用抗环血酸钠减轻空气中的氧气对铁离子稳定剂评价效果的影响。优选几种铁离子稳定剂,其中 TW-5起效浓度 30mg/L,加量 50mg/L 时,样品溶液保持澄清透明。现场应用表
2、明,TW-5 具有改善注水水质,抑制水体发黑,防止硫化亚铁沉淀产生的效果。关键词:硫化亚铁;抗坏酸钠;评价方法;铁离子稳定剂中图分类号:TE53文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2023.02.035ResearchandApplicationofFerrousIonStabilizerforAnOffshoreOilfieldSewageFANGPeilin,FANGMingxin,SHENJing,WANGShifan(CNOOC(Tianjin)Oilfield Chemical Ltd.,Tianjin 300451,China)Abstract:
3、Thecontentofferrousionisexceededinthesewagepipelineofanoffshoreoilfield.Thesewageturnedblack,andalargeamountofblackscalewasfoundinthesewagepipeline.Componentanalysisexperimentresultsshowthatthemaincomponentsofthescaleisferroussulfide.Inordertostabilizethequalityofinjectionwaterandreducepipelinescali
4、ng,chemicalcontrolofirondepositionwasconducted.Thispaperintroducesanewevaluationmethodofferrousionstabilizerforproductionwater.Andsodiumascorbateisusedtoreducetheinfluenceofoxygenintheevaluationeffectofferrousionstabilizer.Severalkindsofferrousionstabilizerareoptimized.Amongthem,30mg/LofTW-5iseffect
5、ive,andthesolutionremainsclearandtransparentwhen50mg/LofTW-5isadded.FieldtestshowsthatTW-5canimprovethewaterinjectionqualityandinhibittheblackeningofthewater,aswellaspreventtheprecipitationofferroussulfide.Keywords:ferroussulfide;sodiumascorbate;evaluationmethod;ferrousionstabilizer海上某油田日注水 14000m3/
6、d,污水管线铁离子含量超标,水体发黑,地面流程管线频繁堵塞,严重影响油田正常生产。污水流程管线发现大量黑色垢样(图 1)。通过对堵塞垢样采用 XRD(X 射线衍射)分析发现垢样主要成分为硫化亚铁,含量为 93.06%,其它为碳酸钙、碳酸铁。通过对油田 37 井次取样总铁的测定,单井平均总铁含量为7.85mg/L。污水一级出口硫化氢含量250mg/L,水体发黑,静置后底部大量黑色沉淀。该平台 A8 井SRB(硫酸盐还原菌)细菌数高达 1.1104个/mL。污水流程中含有大量H2S,其腐蚀产物 FeS 会造成污水中悬浮固体含量升高,FeS 会沉积在管壁堵塞管线1。经分析,在有硫化氢存在的情况下,污
7、水中的铁离子主要来自腐蚀产物,从垢样组成分析看,推测生产污水中铁离子主要以二价铁离子形式存在。因为污水含硫化氢,硫化氢具有极强的还原性,整个地层、井筒和管线都处在强的还原环境中。污水中的 H2S 极易与 Fe3+发生氧化还原反应,Fe3+被还原成 Fe2+,S2与 Fe2+反应生成 FeS 从溶液中析出2,反应式如下:2Fe3+H2S S+2H+2Fe2+结合管线垢样成分分析,推测污水中黑色物质主要成分为硫化亚铁,其反应为:Fe2+H2S FeS +2H+因此,为稳定注水水质,减轻管线结垢,通过展开生产污水用铁离子稳定剂研究3,使用铁离子稳定剂稳定生产污水中的铁离子,减少上述反应发生,从而减小
8、硫化亚铁沉淀,预防管线堵塞。收稿日期:2022-04-21;改回日期:2022-12-05第一作者简介:方培林,男,1984 年生,本科,高级工程师,2007 年毕业于中国石油大学(北京)化学工程与工艺专业,从事油田化学品开发与应用工作。E-mail:。第 43 卷第 2 期Vol.43No.22023年6月OFFSHOREOILJun.20231铁离子稳定机理由于 FeS室温的溶度积为 6.31018,极易形成沉淀。通过调节溶液的 pH 值可以延长二价铁离子的稳定时间4,pH 值越低,越有利于二价铁离子的存在。另外,通过添加络合剂与二价铁离子发生络合反应5-6,也可以增加二价铁离子在水中的稳
9、定性,因此酸化通常采用多元羧酸类的络合剂。通过添加酸(柠檬酸等)或酸性的络合剂,可降低生产水 pH 值,起到稳定铁离子的作用。但生产水污水量较大,需要大量的酸才能有效降低 pH 值,费用较高,同时 pH 值越低,对污水金属管线的腐蚀性越强,因此生产水不适合用酸调节 pH 值来稳定铁离子。为了防止硫化亚铁沉淀的产生,通常采用铁离子稳定剂或络合剂的方法。目前常用铁离子稳定剂有:亚氨基二琥珀酸四钠、乙二胺四乙酸四钠、氨三乙酸、羟乙基乙二胺三乙酸三钠、草酸、醋酸、柠檬酸和羟基乙叉二磷酸等7。由于过渡金属离子(Fe2+等)的配位中心离子容易与有孤对电子的非金属元素(N、O、Cl、S、P 等)配位原子发生
10、作用,这种作用是指配位原子的孤对电子进入金属离子的空轨道,从而形成配位键。铁离子稳定剂具有特殊的化学结构,对铁离子有较强的亲和力,铁离子稳定剂与 Fe2+金属离子形成稳定的络合物,通常形成的这些络合物具有稳定的络合环结构,使其在空间中能量降到最低,络合物得以稳定存在,从而抑制 FeS 沉淀的产生。在没有硫化氢存在时,铁离子稳定剂同样能有效地抑制 Fe3+的水解反应,避免 Fe(OH)3沉淀生成。2铁离子稳定剂评价方法铁离子稳定剂在油田行业通常特指用于油水井酸化的酸液添加剂。在酸液中通过加入铁离子稳定剂,可以完全防止酸化后的残液因 pH 值升高,在地层中生成 Fe(OH)2或 Fe(OH)3沉淀
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