中國(guó)報(bào)告大廳網(wǎng)訊，在石油工業(yè)中，隨著多數(shù)油田步入三次采油階段，注水開(kāi)發(fā)技術(shù)被廣泛應(yīng)用以維持地層壓力與油井產(chǎn)能。然而，這一過(guò)程中油田水的結(jié)垢問(wèn)題日益凸顯，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和管道造成嚴(yán)重影響。2025年，阻垢劑行業(yè)呈現(xiàn)出諸多新趨勢(shì)，本文將對(duì)油田用阻垢劑的研究進(jìn)展及發(fā)展方向進(jìn)行深入探討。

  一、油田水結(jié)垢現(xiàn)狀與危害

  (一)結(jié)垢危害

  《2025-2030年全球及中國(guó)阻垢劑行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報(bào)告》指出，油田水系統(tǒng)在地下儲(chǔ)層、泵頭、采油井井筒以及地面油氣集輸設(shè)備管道等多處易發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象。當(dāng)?shù)貙映霈F(xiàn)結(jié)垢時(shí)，會(huì)堵塞孔隙，破壞產(chǎn)層結(jié)構(gòu)，降低地層有效滲透率，增加注入井注入壓力，減少地層吸水指數(shù)與注入量，最終致使采油效率大幅降低。更為嚴(yán)重的是，油水井筒結(jié)垢會(huì)對(duì)油藏造成不同程度的損害。

  (二)結(jié)垢機(jī)理

  垢的形成受多種因素共同作用，主要包括外界條件改變與外來(lái)離子加入。當(dāng)溫度、壓力變化，水體中溶解鹽類可能因溶解度變化而過(guò)飽和，離子以晶體形式析出沉積。外來(lái)離子進(jìn)入水體后，可能與原有離子反應(yīng)生成新化合物或促使原有離子過(guò)飽和，進(jìn)而引發(fā)結(jié)垢。目前，關(guān)于結(jié)垢原因及形成過(guò)程的理論主要有流體不配伍理論、熱力學(xué)條件變化理論、晶體動(dòng)力學(xué)理論和流體動(dòng)力學(xué)理論。

  (三)影響因素

  結(jié)垢受多種因素影響，其中溫度方面，一些微溶或難溶性鹽類如碳酸鈣，其溶解度隨溫度升高而下降，而硫酸鋇的溶解度則隨溫度升高而增加。壓力降低會(huì)增大碳酸鈣、硫酸鈣等多種垢質(zhì)的結(jié)垢傾向，例如管道中壓力下降，碳酸氫鈣溶解度減小，分解生成碳酸鈣，增加結(jié)垢可能性。降低 pH 值可使碳酸鈣等部分垢質(zhì)溶解度增加，減緩結(jié)垢。水質(zhì)礦化度提高，通過(guò)鹽效應(yīng)促進(jìn)無(wú)機(jī)鹽溶解，削弱離子間相互作用，減少垢的形成。此外，設(shè)備材質(zhì)的粗糙表面相較于光滑表面，更易形成晶核，促進(jìn)結(jié)垢。

  二、油井防垢研究現(xiàn)狀

  (一)防垢技術(shù)

  為解決油田結(jié)垢問(wèn)題，研究人員開(kāi)發(fā)了多種防垢技術(shù)。物理防垢技術(shù)如電場(chǎng)、磁場(chǎng)和聲波等，通過(guò)影響水中離子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和排列方式，或利用超聲波破壞垢層聯(lián)結(jié)力來(lái)防垢。化學(xué)法則是使用阻垢劑，阻垢劑中的活性官能團(tuán)與結(jié)垢陽(yáng)離子、晶核或晶體結(jié)合，削弱其結(jié)晶能力。化學(xué)阻垢劑通過(guò)注入、批次處理、擠壓處理等技術(shù)應(yīng)用于油田生產(chǎn)?；瘜W(xué)方法因效益高、易操作、具預(yù)防性等優(yōu)勢(shì)，在近海和深水作業(yè)以及大規(guī)模、連續(xù)性油田生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。

  (二)常用阻垢劑

  天然高分子阻垢劑：天然高分子聚合物阻垢劑種類多樣，如淀粉、殼聚糖、單寧等。這些聚合物分子含酚羥基、醇羥基、羧酸基團(tuán)等功能團(tuán)，能與陽(yáng)離子或垢晶體作用阻止垢晶體生長(zhǎng)。例如，有研究制備的殼聚糖改性阻垢劑共聚物，對(duì)碳酸鈣阻垢率達(dá) 95.62%，可用于高溫高硬度水體系;還有以羧甲基纖維素為原料制備的硫量子點(diǎn)阻垢劑，在 1.2mg/L 濃度下對(duì) CaSO?阻垢率達(dá) 100%。但此類阻垢劑存在易分解、用量大、阻垢效果不穩(wěn)定等問(wèn)題，常需進(jìn)行改性處理。

  磷酸鹽類阻垢劑：含磷阻垢劑分為有機(jī)磷酸類和無(wú)機(jī)磷酸鹽阻垢劑。有研究制備的某些聚酰胺 - 胺樹(shù)狀大分子修飾物，在 10mg/L 濃度下，對(duì) CaCO?和 CaSO?的抑制率分別為 96.30% 和 95.20%。還有通過(guò)一步合成法制備的六甲基膦酸三乙烯四胺鈉等，在 60mg/L 濃度時(shí)阻垢率為 94.26%。雖然這類阻垢劑用量少、無(wú)毒、成本低，但磷元素易引發(fā)土壤和水體富營(yíng)養(yǎng)化，使用受到限制。

  共聚物阻垢劑：共聚物類阻垢劑包括羧酸類、酰胺類和磺酸類共聚物。以衣康酸、丙烯酰胺和丙烯酸鈉為單體合成的共聚物阻垢劑，當(dāng)單體摩爾比為 0.5:2:1.5，平均分子量為 7712g/mol 時(shí)，在 30mg/L 濃度下對(duì) CaCO?阻垢效率為 84.02%。還有在 PESA 結(jié)構(gòu)中引入磺酸基團(tuán)合成的無(wú)磷無(wú)氮三元聚合物，在不同用量下對(duì)碳酸鈣、硫酸鈣、磷酸鈣均有良好阻垢效果。該類阻垢劑阻垢性能出色，且在環(huán)保和安全方面表現(xiàn)優(yōu)異，應(yīng)用前景廣闊。

  環(huán)境友好型阻垢劑：主要包括聚天冬氨酸、聚環(huán)氧琥珀酸及其衍生物。通過(guò)特定方法合成的接枝改性聚合物，在 3mg/L 濃度時(shí)對(duì) CaSO?結(jié)垢抑制率增加近 60.00%;還有以聚琥珀酰亞胺為原料制備的新型綠色改性聚天冬氨酸阻垢劑，在特定條件下對(duì) CaCO?和 CaSO?的阻垢率分別為 94.40% 和 95.49%。這類阻垢劑優(yōu)勢(shì)顯著，符合環(huán)保需求。

  (三)作用機(jī)理

  阻垢劑的阻垢機(jī)理較為復(fù)雜，通常涉及多種機(jī)理。晶格畸變是指阻垢劑吸附在結(jié)垢晶體活性位點(diǎn)，扭曲晶體形態(tài)，干擾成核過(guò)程或速率。分散作用是阻垢劑在水溶液中電離出大量帶負(fù)電離子，使垢微晶因同性相斥保持分散，防止聚合成大垢晶體。閾值效應(yīng)表明阻垢劑濃度超過(guò)特定范圍，繼續(xù)增加濃度，阻垢效果不再提升，甚至可能降低。螯合作用是阻垢劑分子與地層中的陽(yáng)離子如 Ca2?、Mg2?等形成穩(wěn)定可溶螯合物，降低成垢陽(yáng)離子與碳酸根、硫酸根離子的碰撞頻率，延長(zhǎng)結(jié)垢誘導(dǎo)期。再生自解脫膜假說(shuō)認(rèn)為阻垢劑分子和金屬陽(yáng)離子表面形成沉淀膜，膜厚度達(dá)到一定值后破裂脫離，阻止垢晶體在金屬表面聚集。

  三、現(xiàn)存問(wèn)題與發(fā)展方向

  目前，對(duì)于油田水結(jié)垢的研究多集中在無(wú)雜質(zhì)干擾的結(jié)晶過(guò)程，對(duì)固體顆粒在結(jié)垢結(jié)晶過(guò)程中的作用認(rèn)知尚不明確，缺乏全面直接證據(jù)。研究復(fù)雜油田水系統(tǒng)中固體顆粒對(duì)結(jié)垢的具體影響，有助于深入理解結(jié)垢機(jī)理，精準(zhǔn)控制結(jié)垢沉積位置，對(duì)油田水處理工藝意義重大。

  隨著環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)，開(kāi)發(fā)環(huán)境友好型阻垢劑成為重要方向。同時(shí)，研發(fā)具有多種功能如緩蝕、殺菌等的阻垢劑將受市場(chǎng)青睞。利用人工智能、大數(shù)據(jù)分析等現(xiàn)代科技手段實(shí)現(xiàn)阻垢劑的智能投放和精準(zhǔn)控制，也是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

  總結(jié)而言，油田水結(jié)垢問(wèn)題嚴(yán)重影響石油工業(yè)生產(chǎn)，阻垢劑在解決這一問(wèn)題中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。從油田水結(jié)垢的危害、機(jī)理及影響因素，到當(dāng)前常用的各類阻垢劑及其作用機(jī)理，再到未來(lái)的發(fā)展方向，我們可以看到，2025年阻垢劑行業(yè)正朝著綠色環(huán)保、多功能化、智能化方向邁進(jìn)。不斷深入研究結(jié)垢機(jī)理，開(kāi)發(fā)新型高效且環(huán)保的阻垢劑，利用先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，將為石油工業(yè)的高效、可持續(xù)發(fā)展提供有力保障。

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