一種三元共聚物阻垢劑的合成及反應(yīng)條件的確定

王 迪，王春亮，李光祥，聶海風(fēng)，譚 蓓

（1.長江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢 430100；2.大港油田灘海開發(fā)公司，天津 300280；3.塔里木油田分公司塔西南勘探開發(fā)公司油氣開發(fā)部，新疆澤普 844804）

隨著國內(nèi)各油田相繼步入開發(fā)中后期，注水開采已經(jīng)成為增加原油產(chǎn)量、提高采收率的主要措施，對(duì)于穩(wěn)定原油產(chǎn)量發(fā)揮了無可替代的作用，但是隨之也產(chǎn)生了一些問題。由于注入水、完井液等與地層水不配伍、常規(guī)酸化作業(yè)后成垢物質(zhì)二次沉淀等現(xiàn)象，導(dǎo)致在油層、井孔中以及注水系統(tǒng)內(nèi)，形成各種類型的油田垢，嚴(yán)重影響原油正常生產(chǎn)。針對(duì)這一問題，越來越多的油田工作者致力于防垢劑、阻垢劑的研究。

1 阻垢劑AA_MA_HPA的合成實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

表1 實(shí)驗(yàn)試劑

表2 實(shí)驗(yàn)儀器

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）在裝有電動(dòng)攪拌器、滴液漏斗和回流冷凝管的四口燒瓶中加入一定量的順丁烯二酸酐；（2）加入一定量的蒸餾水，在恒溫水浴鍋中加熱攪拌，升溫到65℃；（3）在一只滴夜漏斗中加入一定量的丙烯酸和丙烯酸羥丙酯的混合物，另一只滴夜漏斗中加入所需的過氧化氫，并加入定量的蒸餾水溶解；（4）兩只滴夜漏斗開始同時(shí)滴加單體和引發(fā)劑，控制滴加速度，滴加時(shí)間約為1 h；（5）滴加完畢后，升溫至85℃繼續(xù)反應(yīng)4 h，反應(yīng)完成后冷卻得淡黃色透明液體。

1.3 阻垢率測(cè)試

（1）阻垢率計(jì)算方法：E=（M0-M1）/M0×100%，式中E-所測(cè)阻垢劑的阻垢率；M0-未加阻垢劑混合液中生成的垢重；M1-加阻垢劑后混合液中生成的垢重。

（2）采用靜態(tài)阻垢法測(cè)試阻垢劑對(duì)BaSO4和SrSO4的阻垢效果，計(jì)算得出：在加量為30 mg/L時(shí)，對(duì)于濃度分別為370 mg/L的Ba2+和4 000 mg/L的Sr2+，其阻垢率分別為100%和73.84%。

2 反應(yīng)條件的確定

2.1 反應(yīng)條件的選擇

影響馬來酸酐（MA）、丙烯酸（AA）、丙烯酸羥丙酯（HPA）聚合的條件有以下幾個(gè)方面：?jiǎn)误w配比（MA：AA：HPA）、引發(fā)劑用量（占單體總質(zhì)量）、溫度和反應(yīng)時(shí)間，以這四個(gè)影響因素為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)正交方案，確定出最佳的反應(yīng)條件。

表3 正交實(shí)驗(yàn)的因素和水平

表4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果L9（34）

2.1.1 正交設(shè)計(jì)（見表3）

2.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（見表4）表4中，極差R分析知，影響因素的大小順序?yàn)锳＞B＞C＞D，即單體配比＞引發(fā)劑用量＞溫度＞反應(yīng)時(shí)間，分析K值的大小，對(duì)于A因素，K1的值最大為78.11；對(duì)于B因素，K2的值最大為72.71；對(duì)于C因素，K3的值最大為66.25；對(duì)于D因素，K2的值最大為65.01，可以確定出最佳反應(yīng)條件為 A1B2C3D2，即單體配比（MA：AA：HPA）＝1:0.4:0.6，引發(fā)劑用量（占單體總質(zhì)量）為14%，反應(yīng)溫度為90℃，反應(yīng)時(shí)間為4 h。

2.2 反應(yīng)條件的驗(yàn)證

驗(yàn)證上述確定的最佳反應(yīng)條件的準(zhǔn)確性及重現(xiàn)性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見表5）。

表5 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

可知：MA/AA/HPA三元共聚物的聚合在此反應(yīng)條件下，其產(chǎn)物具有最高的阻垢率，并且阻垢率數(shù)據(jù)重現(xiàn)性較好。

3 結(jié)論

（1）用計(jì)算阻垢率的方法能夠有效測(cè)出阻垢劑的阻垢能力。

（2）合成的三元共聚物對(duì)硫酸鋇鍶垢效果優(yōu)異，在加量為30 mg/L時(shí)，對(duì)于濃度分別為370 mg/L的Ba2+和4 000 mg/L的Sr2+，其阻垢率分別為100%和73.84%。

（3）三元共聚物最佳的反應(yīng)條件：?jiǎn)误w配比（MA：AA：HPA）＝1:0.4:0.6，引發(fā)劑用量（占單體總質(zhì)量）為14%，反應(yīng)溫度為90℃，反應(yīng)時(shí)間為4 h。在此條件時(shí)，能夠有效進(jìn)行結(jié)構(gòu)的生成，阻垢率都在90%以上。

［1］王睿，張歧，丁潔，等.阻垢劑作用機(jī)理研究進(jìn)展［J］.化學(xué)工業(yè)與工程，2001，18（2）：79-86.

［2］雷曉娟，謝志海，張旭，李莉，降曉燕.新型硫酸鋇阻垢劑的合成及性能評(píng)價(jià)［J］.化學(xué)工程，2011，39（2）：76-78.

［3］孫陽.馬來酸酐-丙烯酸阻垢劑的合成與應(yīng)用［D］.大慶石油學(xué)院，2003.

［4］張現(xiàn)斌.硫酸鋇（鍶）阻垢劑的合成與應(yīng)用性能研究［D］.西南石油大學(xué)，2007.