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油田污水防垢与缓蚀技术研究

张贵才  
【摘要】:我国油田主要采用注水开发的方式。注入水通常是产出液中分离出的污水,水质复杂,含有大量无机盐、溶解气,可在油井井筒、地面系统和注水地层结垢或导致井筒、管线腐蚀,影响油田正常生产。通过加入防垢剂、缓蚀剂可以防止腐蚀、结垢的发生。木文针对油田的使用条件,系统评价了液体防垢剂的性能,改进了聚马来酸、马束酸酐-醋酸乙烯酯共聚物的合成方法,优化了膦基聚羧酸的合成条件,制备了可在井筒使用的固体防垢块;通过研究碳酸钙晶型分布与防垢率的关系、防垢剂对碳酸钙表面zeta电位影响,探讨了防垢剂作用机理;通过系列咪唑啉和聚氧乙烯烷基苯酚醚磷酸酯的合成,研究了缓蚀剂结构与性能的关系。 评价了国内15种防垢剂的钙容忍度、热稳定性能、防碳酸钙垢性能和防硫酸钡垢性能,结果表明:(1) 对碳酸钙垢,有机膦酸防垢剂质量浓度为2mg/L时防垢率大于90%,相同浓度的聚合物防垢率不到85%;对硫酸钡垢,聚合物PASP、PAA和有机膦酸EDTMP有一定抑制效果,而将PASP与EDTMP 3∶2复配后,产生明显的协同效应,质量浓度为50mg/L时,对硫酸钡垢防垢率可达到90%。(2) 有机膦酸的钙容忍度低于聚合物防垢剂。分子中含酯基、磺酸根的共聚物防垢剂具有更高的钙容忍度。(3) 除氧后的聚合物防垢剂具有较好的耐温性能,其中丙烯酸-丙烯酸酯共聚物、聚丙烯酸在150℃下加热(除氧)72h后,防碳酸钙垢率仍可达到70%。在HEDP、ATMP、PBTC、EDTMP四种有机膦酸中,HEDP的耐热性能最好;有机膦酸防垢剂可以用于90℃以下,当使用温度高于100℃时,防垢性能会受到不同程度影响。 以水为溶剂,以防垢率为主要指标,研究了聚马来酸、马来酸酐—醋酸乙烯酯共聚物、膦基聚羧酸的合成:以30%的过氧化氢为引发剂,在过渡金属离子催化作用下合成的聚马来酸,溴值低于150mg/g,防垢率达93.52%(质量浓度为8mg/L);首次在过硫酸铵中引入少量的次亚磷酸钠作为复合引发剂合成马来酸酐—醋酸乙烯酯共聚物,所得防垢剂溴值小于100mg/g,钙容忍度为1500mg/L,防垢率为91.2%(质量浓度为4mg/L);以过硫酸铵-次亚磷酸钠组成的氧化还原体系为引发剂合成的膦基聚马来酸和膦基马来酸-丙烯酸共聚物,质量浓度为2mg/L时,阻碳酸钙垢率分别为85%、90%,优于PAA、HPMA、MA-AA,但即使使用浓度高达50mg/L,对油阳污水也基本没有缓蚀性能。 制备了可悬挂于抽油泵下面使用的低温、中温、高温三个温度系列的固体防垢块,可分别在60℃、70℃、80℃井筒条件下使用。防垢块主要由防垢剂、胶结剂组成。HEDP防垢性能和热稳定性较好,可用作固体块中的防垢剂,使用前需制成HEDP-Na或Ca_2HEDP,前者易溶于水,后者在水中可缓慢溶解。固体块中的胶结剂由塑料构成。通过比较塑料的熔点和在柴油中的溶解性能,可以用1C10A作为低温防垢块的胶结剂、TN00作中温防垢块胶结剂、7042和1C10A复配作高温防垢块的胶结剂。用HEDP-Na作防垢成份时,由于防垢材料和胶结材料的极性差别较大,造成防垢剂颗粒不能被充分


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