탄산칼륨과 테트라칼륨 에틸렌디아민테트라아세테이트를 사용하여 고온에서 단일 단계 황산칼슘 스케일 제거

Dec 18, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 10085(2022) 이 기사 인용

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황산칼슘(CaSO4) 스케일은 유정, 가스정, 물 주입기의 여러 가지 심각한 작동 문제를 일으키는 가장 일반적인 스케일 중 하나로 확인되었습니다. 이 스케일을 제거하는 것은 유정의 생산성을 향상시키고 잠재적인 심각한 장비 손상을 방지하므로 대부분의 경우 경제적으로 실행 가능한 공정으로 간주됩니다. 본 연구에서는 CaSO4 스케일을 제거하기 위해 탄산칼륨과 에틸렌디아민사초산사칼륨(K4-EDTA)을 고온(200°F)에서 활용하는 단일 단계 방법을 사용했습니다. CaSO4 스케일은 전환제인 탄산칼륨(K2CO3)을 사용하여 고온(200°F) 및 다양한 pH 조건에서 탄산칼슘(CaCO3)과 황산칼륨(K2SO4)으로 전환되었습니다. 최적의 용해 효율이 달성되는 용해기 조성을 얻기 위해 용해기 pH의 영향, 침지 시간, K4-EDTA의 농도, 탄산칼륨(K2CO3)의 농도, 온도 영향 및 교반 효과를 포함하여 다양한 매개변수를 조사했습니다. 푸리에 변환 적외선, X선 결정학, 이온 크로마토그래피, 안정성 테스트 및 부식 테스트를 수행하여 공정의 최종 제품을 테스트하고 고온 조건에서 용해기의 안정성을 보여주었습니다. 대부분의 테스트에서 다양한 양의 반응 생성물(K2SO4)이 얻어졌으며 물과 HCl 모두에 용해되었습니다. 용해제 용액은 낮은 pH(7)에서 효과적이며 3wt% CaSO4 용해를 통해 무시할 수 있는 양의 반응 생성물이 생성되는 것으로 관찰되었습니다. 10.5pH 용해기는 대부분의 경우에 효과적이었으며 가장 높은 용해 효율을 제공했습니다. 반응 생성물은 특성화되었으며 부식성이 없는 것으로 나타났습니다. 7-pH 및 10.5-pH 용해기 모두 고온에서 높은 안정성과 최소 부식률을 나타냈습니다. 단일 단계 용해 공정은 그 효율성을 보여주었으며 작동 중에 구현될 경우 잠재적으로 상당한 펌핑 시간을 절약할 수 있습니다.

스케일은 시간이 지남에 따라 증가하여 유체 흐름을 막고 방해하는 고체 퇴적물을 설명하기 위해 석유 및 가스 산업에서 사용되는 일반적인 용어입니다1. 스케일 형성은 석유 및 가스 생산 중 모든 단계에서 발생할 수 있으므로 표면 및 지하 석유 및 가스 장비의 중요한 운영 문제입니다. 유정 주변의 스케일 퇴적물은 다공성 형성 매체를 막아 형성물이 유체에 영향을 받지 않게 만듭니다. 스케일은 유정 천공, 파이프라인 및 밸브를 막아 장비 마모, 부식 및 흐름 제한을 초래하고 오일 및 가스 생산량을 감소시킵니다2. 또한 이는 주입정과 생산정3,4 모두에서 지층 손상의 중요한 원인입니다. 유전 및 가스전의 스케일 형성은 주로 석유 및 가스 생산량 감소를 초래하고 잦은 다운홀 장비 교체, 생산 간격 재천공, 막힌 유정 재시추 및 방지를 위해 필요한 기타 복구 작업이 필요하기 때문에 비용이 많이 드는 문제입니다. 그 결과. 탄산칼슘, 황산칼슘, 황화철, 황산스트론튬, 황산바륨으로 인해 발생하는 스케일은 석유 및 가스 산업에서 가장 흔한 스케일입니다5.

스케일은 제거 메커니즘에 따라 분류됩니다. 다른 화학물질에 있는 화학적으로 불활성인 스케일의 불용성 특성으로 인해 이러한 유형의 침전물을 제거하려면 기계적 수단을 사용해야 합니다. 화학적 반응성 스케일은 물, 산 또는 물이나 산 이외의 화학물질에 대한 용해도에 따라 분류됩니다. 염화나트륨은 산을 사용하여 용해하는 것을 권장하지 않는 수용성 스케일의 예입니다. 산성 용해성 스케일은 가장 일반적인 유형의 스케일입니다. 예를 들어, 탄산칼슘은 용해성 산성 스케일입니다. 탄산칼슘은 염산, 아세트산, 포름산 또는 설팜산을 사용하여 제거할 수 있습니다. 기타 산에 용해되는 스케일로는 탄산철, 황화철, 산화철(Fe2O3)이 있습니다. 철 스케일은 HCl과 격리제를 사용해 제거할 수도 있습니다.