多元共聚物硫酸鹽垢阻垢劑的合成與應(yīng)用

劉 祥，王 苗，梁 雷，李金柱

（西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065）

多元共聚物硫酸鹽垢阻垢劑的合成與應(yīng)用

劉 祥，王 苗，梁 雷，李金柱

（西安石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，陜西 西安 710065）

將馬來酸酐（MA）、丙烯酸（AA）、次亞磷酸鈉（SHP）和 2-丙烯酰胺基 -2-甲基丙磺酸（AMPS）作為單體，硝酸鈷為催化劑，過氧化氫進(jìn)行引發(fā)，合成得到了對CaSO4和BaSO4垢有較好阻垢性能的四元共聚物阻垢劑。采用正交實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)其優(yōu)化合成條件為：4個單體的質(zhì)量比（MA∶AA∶SHP∶AMPS）為9∶10∶3∶3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)合成的四元共聚物加量在70 mg/L時，對CaSO4垢的阻垢率可達(dá)到95%以上，對BaSO4垢的阻垢率可達(dá)到97%以上。

多元共聚物；阻垢劑；硫酸鹽垢

現(xiàn)今石油開采普遍采用注水的方式開采，注入水與地層水的配伍性較差，將直接導(dǎo)致油田各系統(tǒng)的結(jié)垢問題加重[1]。因此，解決結(jié)垢問題對油田生產(chǎn)至關(guān)重要，尤其對滲透率較低的油田。從垢質(zhì)的理化特性來看，碳酸鹽垢相對比較容易處理，硫酸鹽垢出現(xiàn)結(jié)垢后就較難處理[2]。針對硫酸鹽垢開發(fā)的阻垢劑中，以丙烯酸聚合物為主，其阻垢效果較好，應(yīng)用廣泛，對環(huán)境傷害較小[3-4]。

實(shí)驗(yàn)以馬來酸酐（MA）、丙烯酸（AA）、次亞磷酸鈉（SHP）和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）合成了對硫酸鹽垢具有良好阻垢性能的四元共聚物阻垢劑，采用正交實(shí)驗(yàn)對其合成條件進(jìn)行了優(yōu)化，并評價了其阻垢性能。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)主要藥品

主要實(shí)驗(yàn)試劑見表1。

表1 主要實(shí)驗(yàn)試劑

1.2 四元共聚物阻垢劑的合成

將一定量的MA和AMPS加入反應(yīng)器中，再加入水和催化劑并不斷攪拌，加熱使其溶解。待體系均一后再緩慢滴加其余2個單體AA和SHP，同時滴加過氧化氫進(jìn)行引發(fā)，反應(yīng)溫度控制在70℃左右。反應(yīng)4 h后冷卻取出，得到的橙色透明溶液，即為四元共聚物阻垢劑。

1.3 四元共聚物阻垢劑阻垢性能的評價

1.3.1 模擬水的配制

表2 實(shí)驗(yàn)用模擬水組成 g/L

按表2中配制4種溶液，實(shí)驗(yàn)時分別將A、B溶液和C、D溶液混合，即可得到阻硫酸鈣和硫酸鋇垢的實(shí)驗(yàn)?zāi)M水樣。

1.3.2 阻垢率測定方法

配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的阻垢劑溶液加入到一定體積的A（或C）溶液中，混合均勻后再加入等體積的B（或D）溶液，同時做空白，在溫度為70℃的水浴中回流數(shù)小時，冷卻并對濾液進(jìn)行分析[5]。取一定體積的濾液加入指示劑，用EDTA進(jìn)行滴定，測定濾液中Ca2+/Ba2+含量，按式（1）計(jì)算阻垢率：

式中：E—阻垢率，%；V0—空白試樣消耗EDTA的體積，mL；V1—空白試樣結(jié)垢后消耗EDTA的體積，mL；V2—加阻垢劑結(jié)垢后消耗EDTA的體積，mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 四元共聚物阻垢劑合成條件優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)以4種反應(yīng)單體的加量作為考察因素，以阻垢劑對BaSO4垢的阻垢率作為考察指標(biāo)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，對合成阻垢劑的阻垢性能進(jìn)行測試[6]。將不同條件下合成的產(chǎn)物配制成溶液加入C溶液，并與等體積D溶液混合，使得其中阻垢劑的質(zhì)量濃度為50 mg/L，按照1.3.2中阻垢率的測定方法進(jìn)行評價，具體實(shí)驗(yàn)因素水平及實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3和表4所示。

表3 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表g

表4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，影響阻垢劑對BaSO4垢阻垢性能的因素依次為：B＞D＞A＞C，最優(yōu)水平為A2B2C2D1，即 m（MA）∶m（AA）∶m（SHP）∶m（AMPS）=9∶10∶3∶3。

圖1 pH對阻垢劑阻CaSO4垢性能的影響

圖2 阻垢劑加量對其阻CaSO4垢性能的影響

2.2 阻垢劑的性能評價

2.2.1 阻CaSO4垢效果評價

2.2.1.1 pH的影響

采用A、B溶液配制模擬水樣，調(diào)節(jié)模擬水的pH，測試當(dāng)阻垢劑加量為50 mg/L時，不同pH下對CaSO4垢的阻垢率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

由圖1結(jié)果可知，當(dāng)體系的pH增加時，阻垢劑對CaSO4的阻垢率先增大后減小，pH為7左右時阻垢效果最好，阻垢率超過90%。

2.2.1.2 阻垢劑加量的影響

按照CaSO4垢阻垢劑性能的評價方法，采用A、B溶液配制模擬水樣，測定不同阻垢劑加量下對CaSO4垢的阻垢率[7]，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，阻垢劑對CaSO4的阻垢率隨著阻垢劑加量的增加而不斷增大，且增大速度逐漸減小，當(dāng)阻垢劑加量大于60 mg/L時，其對CaSO4垢的阻垢率超過93%。

2.2.2 阻BaSO4垢效果評價

2.2.2.1 pH的影響

采用C、D溶液配制模擬水樣，調(diào)節(jié)模擬水的pH，測試當(dāng)阻垢劑加量為50 mg/L時，不同pH下對BaSO4垢的阻垢率[8]，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 pH對阻垢劑阻BaSO4垢性能的影響

由圖3結(jié)果可知，當(dāng)體系的pH增加時，阻垢劑對BaSO4的阻垢率先增大后減小，阻垢效果最好的pH為7左右，阻垢率超過90%。

2.2.2.2 阻垢劑加量的影響

按照BaSO4垢阻垢劑性能的評價方法，采用C、D溶液配制模擬水樣，測定不同阻垢劑加量下對BaSO4垢阻垢率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，阻垢劑對BaSO4的阻垢率隨著阻垢劑加量的增加而不斷增大，且增大速度逐漸減小，當(dāng)阻垢劑加量大于60 mg/L時，其對BaSO4垢的阻垢率大于95%。

3 結(jié)論與建議

（1）體系的pH對阻垢劑的使用有很大的影響，在過酸或者過堿的條件下阻垢劑的阻垢效果較差，在pH為中性或弱堿性時，阻垢劑的使用效果更佳。

（2）合成的四元共聚物阻垢劑隨著其加量的增加，阻垢率不斷增大，且增加幅度逐漸減小，可根據(jù)結(jié)垢情況和施工要求靈活地調(diào)節(jié)阻垢劑的用量。

[1] 王香愛.我國阻垢劑的研究進(jìn)展[J].應(yīng)用化工，2009，38（1）：131-134，147.

[2] 熊玉娟，唐善法，鄒瑋.硫酸鹽垢聚合物阻垢劑研究進(jìn)展[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2012，29（2）：8-11.

[3] 程云章，翟祥華，葛紅花，等.阻垢劑的阻垢機(jī)理及性能評定[J]. 華東電力，2003，31（7）：14-18.

[4] 聶宗利，武玉民，張君，等.阻垢劑的阻垢性能評價方法[J].應(yīng)用化工，2011，40（5）：875-879，887.

[5] 李偉超，吳曉東，劉平，等.油田用阻垢劑評價研究[J].化工進(jìn)展，2009，28（4）:631-632.

[6] 王忠輝.油田污水回注阻垢劑的研制[D].大慶：大慶石油學(xué)院，2005.

[7] 胡敏.硫酸鹽垢阻垢劑的制備和與緩蝕劑協(xié)同作用的研究[D].西安：西安石油大學(xué)，2016.

[8] 馬欣.復(fù)配型Ba2+（Ca2+、Sr2+）阻垢劑制備及試驗(yàn)研究[D].西安：西安科技大學(xué)，2013.

10.13752/j.issn.1007-2217.2017.04.010

2017-08-15

圖4 阻垢劑加量對其阻BaSO4垢性能的影響