Ингибиторы солеотложений

Несмотря на разнообразие средств борьбы с осадками солей основной метод предотвращения отложений - применение специальных химических реагентов - ингибиторов.

Ингибиторы - это химические вещества, при добавлении которых в раствор неорганической соли процесс осадкообразования резко замедляется, а количество осадка уменьшается.

Ингибиторы солеотложений поступают в продажу как правило в пластиковых канистрах

Механизм действия ингибиторов отложений солей связан с процессами диффузии в растворе и последующей адсорбцией на поверхности микрочастичек солей. Процесс сорбции поверхностью частиц молекул ингибитора сопровождается образованием достаточно устойчивых ассоциаций.

При этом ингибиторы подавляют дальнейший рост зародышевых кристаллов гипса, кальцита или другой малорастворимой соли. Образовавшиеся адсорбционные слои препятствуют не только соединению кристаллов, но и прилипанию к внутренней поверхности оборудования и труб. Это обес­печивает унос частиц потоком жидкости.

Из гипотетической изотермы действия ингибитора на рисунке ниже видно, что возможно существование двух зон концентрации, в которых проявля­ется ингибирующее действие химического реагента. Минимальная - пороговая концентрация (зона II) соответствует молярной пропорции ингиби­тора и осадкообразующего катиона от 2:5 до 1:10000. Пороговая концентрация обычно поддерживается при промышленном применении ин­гибитора. Зона III связана с появлением вторичных осадков, представляю­щих собой труднорастворимые соединения ингибитора и катиона с осадко­образованием. При максимальной концентрации ингибитора (зона IV) вновь образуются растворимые в воде комплексы. Это наблюдается при соотношении ингибитора и осадкообразующего катиона при более чем 10:1. Таких концентраций на практике не бывает.

Гипотетическая изотерма действия ингибитора

Методы оценки эффективности ингибиторов

Количественные методы испытаний ингибиторов основаны либо на из­мерении количества выпадающего на поверхность металла осадка, либо на оценке количества осадка в объеме раствора. При испытаниях используют специально приготовленные пересыщенные растворы осадкообразующих солей, которые готовят смешением растворов с осадкообразующим анио­ном и с осадкообразующим катионом. Пересыщение раствора солью до­стигается тем, что исходные концентрации аниона и катиона в смешивае­мых растворах велики и примерно одинаковы. Ингибитор вводят в один из исходных растворов. Готовят также контрольный раствор, в который не вводят ингибитор.

Для исследования эффективности ингибиторов гипсообразования рас­твор готовят смешиванием растворов хлористого кальция и сернокислого натрия, для карбоната кальция - из растворов хлористого кальция и кар­боната натрия.

В обоих случаях исследуемый раствор помимо осадкообразующей соли (CaSО4 либо СаСОз) содержит эквивалентное количество NaCl. Такие растворы-модели называют простыми.

Один из вариантов исследования ингибиторов заключается в использо­вании простой модели, состоящей из кальцита (2 мг-экв/л) и поваренной соли (2 мг-экв/л). Модель при этом получают добавлением 5 мл 0,2 н. рас­твора СаСl2 в 490мл дистиллированной воды, тщательно перемешивают и добавляют 5мл 0,2 н. раствора Na2CO3. Ингибитор добавляют в дистил­лированную воду.

Другая простая модель (для исследования ингибиторов гипсообразования) содержит в своем составе 40 мг-экв/л гипса и 40 мг-экв/л пова­ренной соли. Эту смесь готовят смешиванием равных объемов раствора Na2S04 и СаСl2 с концентрацией 80 мг-экв/л.

Простые модели не всегда точно отражают реальные с большим чис­лом ионов системы, встречающиеся в практике разработки. Для более точ­ного отражения реальных процессов осадкообразования и испытания инги­биторов используют сложные модели. Для каждого конкретного случая необходимо готовить собственную сложную модель. Но во многих случаях для оценки ингибиторов возможно использование известных запатенто­ванных моделей.

Для исследования ингибиторов гипсообразования может быть исполь­зован сложный раствор, приготавливаемый из NaCl - 1550 мг-экв/л, MgCl2·6H20 - 91 мг-экв/л, Na2SО4 - 227 мг-экв/л и CaCl2·2H2О - 271 мг-экв/л. Модель готовят поэтапно. Вначале в 50 мл раствора, содер­жащего NaCI, СаСl и MgCl2, добавляют ингибитор, после чего этот рас­твор смешивают с 5мл 2,5 н. раствора Na2SО4.

В расчетах следует учитывать количество добавляемого ингибитора, так как оно влияет на объем раствора и, следовательно, на степень пересыщения.

Для испытания ингибиторов, предотвращающих отложения карбонат­ного типа, используют модель, содержащую в исходных растворах NaCI - 1370 мг-экв/л, MgCl2·6H2О - 4,4 мг-экв/л, NaHCO3 - 12 мг-экв/л и СаСl2 - 13,6 мг-экв/л. Методика подготовки аналогична.

Существует много способов измерения количества осадка, выпадаю­щего на твердую поверхность.

По методике фирмы «Техасо» при испытании ингибиторов гипсовых отложений в пересыщенный раствор погружают вращающийся пропеллер из нержавеющей стали. Опыт длится 1 сутки при температуре 40°С. В конце опыта осадок, отложившийся на поверхности пропеллера, взве­шивают.

Эффективность действия ингибитора определяют по формуле:

т - масса осадка, выпавшего из ингибированного раствора; т0 - масса осадка, выпавшего из контрольного раствора.

Другой способ основан на измерении проницаемости пористых ме­таллических или стеклянных фильтров до и после фильтрации через них пересыщенного раствора.

Количество осадка в объеме раствора можно оценивать по оптиче­ской плотности раствора, по остаточной жесткости, электропроводности и т. д.

Действие ингибитора на реальную пластовую воду оценивают методом выпаривания, сравнением масс получающихся при этом отложений минеральных солей при добавке ингибитора и без него.

Характеристика ингибиторов отложения солей

Ингибиторами отложения солей может быть большой класс химических веществ органической и неорганической природы.

Классификация ингибиторов отложения солей

Ингибиторы бывают масло-, нефтерастворимые и водорастворимые; однокомпонентные и многокомпонентные. По химической природе одно­компонентные ингибиторы делятся на анионные и катионные.

На практике большее применение нашли водорастворимые ингибиторы.

В наиболее широкий класс анионных ингибиторов входят производные карбоновых кислот, производные сульфокислот и фосфорпроизводные. Класс катионных реагентов включает полимерные производные алкилен-аминов, моноамины, четвертичные аммониевые основания.

Внутри указанных подклассов анионных и катионных реагентов име­ется разделение по химической структуре. Среди фосфорпроизводных реа­гентов - неорганические полифосфаты и фосфорорганические соединения, которые входят в эфиры фосфорной кислоты, фосфаты, аминофосфаты.

Композиционные химические реагенты представляют собой либо смесь ингибиторов, либо смесь ингибиторов с другими химическими веществами. В качестве сопутствующего ингибитору компонента обычно выступают ПАВ неионогенного типа, которые либо усиливают ингибирующее действие композиции, либо имеют самостоятельное назначение, не ухудшая при этом действия основного компонента.