CW系列防垢劑的合成及性能評價(jià)

伍丹丹，陳洪杰，趙文強(qiáng)，楊紅艷，杜彥敏，劉 晶

（1.中原油田采油工程技術(shù)研究院，河南濮陽 457001；2.中原油田采油三廠，河南濮陽 457001）

CW系列防垢劑的合成及性能評價(jià)

伍丹丹1，陳洪杰1，趙文強(qiáng)2，楊紅艷2，杜彥敏1，劉 晶1

（1.中原油田采油工程技術(shù)研究院，河南濮陽 457001；2.中原油田采油三廠，河南濮陽 457001）

針對中原油田各采油廠結(jié)垢嚴(yán)重的問題，以純水為溶劑，以自制高聚物單體/膦基馬來酸丙烯共聚物/丙烯酰胺（GD/PCMA/AM）為單體合成了CW系列防垢劑，其最佳反應(yīng)條件為：單體配比為GD/PCMA/AM=10/6/2，引發(fā)劑用量為1.2%，反應(yīng)溫度為80℃，反應(yīng)時(shí)間為4 h。合成的防垢劑CW-4用量為8 mg/L時(shí)，對碳酸鈣垢的防垢率為92.3%，且與抑鹽劑配伍良好。

防垢劑；合成；防垢率；碳酸鈣垢；配伍性

中原油田各采油廠原始地層水礦化度一般在25～35×104mg/L，為CaCl2水型，目前因結(jié)垢已造成泵卡、管漏，甚至躺井，大大增加了井筒清垢次數(shù)，縮短了檢泵周期，增加了采油成本，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的正常運(yùn)行。結(jié)垢大多集中于管、桿和泵內(nèi)，最厚達(dá)2 mm。X射線衍射分析表明，垢的主要成分為碳酸鈣。根據(jù)防垢劑應(yīng)該具有低劑量效應(yīng)、晶格畸變、分散的阻垢機(jī)理[1]，以自制高聚物單體（GD）/膦基馬來酸丙烯共聚物/丙烯酰胺為原料合成水溶性共聚物防垢劑CW-1，并對其進(jìn)行了性能評價(jià)。結(jié)果表明CW-1對碳酸鈣垢具有良好的防垢效果。

1 防垢劑CW-1的合成實(shí)驗(yàn)

1.1 合成試劑

膦基馬來酸丙烯共聚物（PCMA）、丙烯酰胺（AM）、硫酸亞鐵、過氧化氫、無水乙醇,以上試劑均為分析純；高聚物單體（GD），自制。

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

防垢劑的合成：在三口燒瓶中，以純水為溶劑，硫酸亞鐵-過氧化氫為引發(fā)劑，在不同的試驗(yàn)條件下加入GD、PCMA、AM，連續(xù)攪拌使其反應(yīng)一定時(shí)間，將合成的產(chǎn)品用無水乙醇洗滌后，在70℃下真空烘干24 h，即得固體三元共聚物CW系列防垢劑。

將防垢劑配制成35%的水溶液，引發(fā)劑按硫酸亞鐵:過氧化氫=1:10配制，改變單體配比、引發(fā)劑用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間，考察各因素對共聚物防垢性能的影響。

1.3 合成優(yōu)化試驗(yàn)

1.3.1 單體配比 首先考察單體配比對共聚物性能的影響，在反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時(shí)間3.5 h，引發(fā)劑用量為1%條件下，對不同單體配比進(jìn)行防垢試驗(yàn)，結(jié)果（見表 1）。

表1 不同單體配比條件（質(zhì)量比）的試驗(yàn)結(jié)果

從表1可以看出，在一定試驗(yàn)條件下，三種單體配比為 GD/PCMA/AM=10/6/2時(shí)（防垢劑CW-4）其防垢效果最佳。

1.3.2 引發(fā)劑用量 固定單體配比為GD/PCMA/AM=10/6/2，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時(shí)間3.5 h，引發(fā)劑配比（硫酸亞鐵：過氧化氫=1:10），改變引發(fā)劑用量，其防垢率實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖 1（a））。

從圖1（a）可以看出，引發(fā)劑用量對共聚物的防垢率影響較大，引發(fā)劑最佳用量為1.2%。在一定范圍內(nèi)，共聚物的防垢率隨引發(fā)劑用量的增加而升高，但引發(fā)劑用量過大時(shí)，生成自由基多，導(dǎo)致共聚物分子量降低，防垢率反而下降。

圖1 （a） 引發(fā)劑用量對防垢率的影響

1.3.3 聚合溫度 固定單體配比GD/PCMA/AM=10/6/2，反應(yīng)時(shí)間3.5 h，引發(fā)劑用量1.2%，在不同溫度下進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果（見圖 1（b））。可見，當(dāng)反應(yīng)溫度為80℃時(shí)，共聚物的防垢效果最好。這是因?yàn)闇囟鹊?，引發(fā)劑分解速率低，自由基少，聚合反應(yīng)速度慢，未反應(yīng)單體多，但是過高的反應(yīng)溫度會導(dǎo)致副反應(yīng)的發(fā)生[2]，使共聚物的防垢率減小。

圖1 （b） 反應(yīng)溫度對防垢率的影響

1.3.4 反應(yīng)時(shí)間 固定單體配比GD/PCMA/AM=10/6/2，引發(fā)劑用量1.2%，反應(yīng)溫度80℃，改變反應(yīng)時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)果（見圖1（c））?？梢?，反應(yīng)時(shí)間的長短直接影響單體的轉(zhuǎn)化率[3]，也會明顯影響共聚物的防垢效果。反應(yīng)時(shí)間過短，未聚合的殘留單體多，阻垢率低；反應(yīng)時(shí)間過長會破壞共聚物的防垢效果，最佳反應(yīng)時(shí)間為4 h。

圖1 （c） 反應(yīng)時(shí)間對防垢率的影響

2 防垢劑CW-1的性能評價(jià)

按照SY/T56 73-1993《油田用防垢劑性能評價(jià)方法》對聚合物防垢率進(jìn)行測定。

2.1 用量對防垢率的影響

取效果最好的防垢劑CW-4，在80℃溫度條件下，考察其用量對碳酸鈣垢防垢率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖 2（a））。

圖2 （a） 防垢劑用量對防垢率的影響

從圖2（a）可以看出，隨著防垢劑CW-4用量增加，防垢率先增加后減小，防垢劑用量為8 mg/L時(shí)，防垢率最大，達(dá)到92.3%。

2.2 溫度對防垢率的影響

在防垢劑用量為8 mg/L的條件下，考察溫度對防垢率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖2（b））?？梢钥闯觯瑴囟葘W-4的防垢率有一定的影響。溫度升高防垢率下降，這是因?yàn)闇囟壬?，碳酸鈣垢增加，同時(shí)高溫條件下防垢劑的吸附作用降低，防垢率減小。但其防垢率均不低于85%，說明在井筒條件下防垢劑仍可應(yīng)用。

圖2 （b） 溫度對防垢率的影響

2.3 氯化鈉對防垢率的影響

在防垢劑用量為8 mg/L，80℃條件下，考察了氯化鈉對防垢劑CW-4防垢率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見圖2（c））?？梢钥闯?，隨著氯化鈉濃度增加，防垢劑的防垢率下降，但其防垢率不低于80%，說明其抗鹽性能較好。

2.4 與抑鹽劑的配伍性評價(jià)

將防垢劑CW-4與目前采油三廠、四廠使用的抑鹽劑YY-3和YY-4進(jìn)行配伍試驗(yàn)，混溶性較好，無沉淀渾濁現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果如下：其防垢率經(jīng)測定為91.8%，說明合成的防垢劑與抑鹽劑配伍性好（見表 2）。

圖2 （c） 鈉離子濃度對防垢率的影響

表2 防垢劑與抑鹽劑的配伍性評價(jià)

從配伍試驗(yàn)結(jié)果來看，防垢劑CW-4與YY-3YY-4配伍良好。

3 結(jié)論

（1）在單體配比 GD/PCMA/AM=10/6/2，引發(fā)劑用量1.2%，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時(shí)間4 h試驗(yàn)條件下，合成的防垢劑CW-4效果最佳，其添加量為8 mg/L時(shí)，對碳酸鈣垢防垢率達(dá)92.3%。

（2）防垢劑CW-4可應(yīng)用于井下環(huán)境和高礦化度水質(zhì)，且與抑鹽劑配伍良好。

[1] SHEN Don g，F(xiàn)U Go n g mi n，KAN AMY T.Barite dissolution／precipitation kinetics in porous media and in the presence and absence of a common scale inhibitor[A] .SPE 114062-PA，2009.

[2] 郭利平，廖久明.新型氣田水質(zhì)防垢劑的合成研究[J] .重慶科技學(xué)院學(xué)，2010，12（5）:107-110.

[3] 魏錫文，許家友.防垢劑AM/AA/MA三元共聚物的合成及性能研究[J] .精細(xì)石油化工，1998，5（3）:3-6.

Synthesis and performance evaluation of CW series scale inhibitors

WU Dandan1，CHEN Hongjie1，ZHAO Wenqiang2，YANG Hongyan2，DU Yanmin1，LIU Jing1
（1.Research Institute of Oil Production Engineering and Technology，Zhongyuan Oil Field Company，SINOPEC，Puyang Henan 457001，China；2.The 3rd Zhongyuan Oil Production Factory，Puyang Henan 457001，China）

In order to solve the problem of serious scaling at all oil extraction factories in Zhongyuan oilfield,CW series scale inhibitors（GD/PCMA/AM）were synthetised by aqueous polymerization.Optimum reaction conditions were monomer ratio（GD/PCMA/AM）10:6:2,initiator of 1.2%,reaction temperature at 80℃,and for 4 hours.When quantity of CW-4 scale inhibitor was 8 mg/L,its anti-scale ratio was 92.3%to calcium carbonate.Moreover,CW-4 scale inhibitor had good cooperation with anti-salt agent.

Scale Inhibitors；synthesis；anti-scale ratio；calcium carbonate；compatibility

10.3969/j.issn.1673-5285.2012.11.020

TG174.42

A

1673－5285（2012）11－0077－03

2012－07－02

伍丹丹，女（1984-），工程師，主要從事污水處理研究以及腐蝕防護(hù)方面的研究工作，郵箱：wddpm2001@126.com。