新型硫酸鋇鍶垢阻垢劑的制備與應(yīng)用

田宇 謝進(jìn)宜 王吉（中海石油（中國）有限公司湛江分公司潿洲油田作業(yè)區(qū)， 廣東 湛江 524057）

新型硫酸鋇鍶垢阻垢劑的制備與應(yīng)用

田宇 謝進(jìn)宜 王吉（中海石油（中國）有限公司湛江分公司潿洲油田作業(yè)區(qū)， 廣東 湛江 524057）

以丙烯酸（AA），甲基丙烯酸（MAA），甲基丙烯酸乙氧基乙酯（EEMA），烯丙基磺酸鈉（SAS）單體為原料，自由基水溶液共聚合成一種鋇鍶垢阻垢劑。研究了單體、引發(fā)劑用量對阻垢劑性能的影響，確定了鋇鍶垢阻垢劑的最佳合成配方，結(jié)果表明，m（AA）∶m（SA S）∶m（EEMA）∶m（MAA）=15.0∶6.8∶2.0∶3.4，引發(fā)劑用量占單體質(zhì)量的1.2%，硫酸鋇垢的阻垢率達(dá)到95%以上。

阻垢劑；合成；應(yīng)用；油田

0 引言

潿洲油田現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，當(dāng)鋇鍶垢阻垢劑的加注量不小于30mg/L時，硫酸鋇與硫酸鍶垢的阻垢率在90%以上，油井管線的結(jié)垢情況得到了很大的改善。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑與儀器

藥品：丙烯酸（AA）、甲基丙烯酸（MAA）、甲基丙烯酸乙氧基乙酯（EEMA）、烯丙基磺酸鈉（SAS）、過硫酸鉀，均為分析純試劑；

儀器：FA1004分析天平，上海精科；76-1恒溫水浴電動攪拌機(jī)，華巖儀器；DZF-305干燥箱，上海精宏。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將各反應(yīng)物質(zhì)配制成濃度為20%的水溶液，然后在四頸瓶中加入SAS水溶液，裝好溫度計、攪拌器及滴加裝置，不斷攪拌并升溫至80℃，緩慢滴加單體的混合溶液及過硫酸銨溶液進(jìn)行反應(yīng)，控制滴加速度在兩小時內(nèi)滴加完畢，然后維持恒溫繼續(xù)反應(yīng)4h，反應(yīng)結(jié)束生成淡黃色的溶液，冷卻至室溫，用40%的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值到7，得到棕黃色水溶液產(chǎn)物，測其固含量為21.0Wt%。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 單體用量對阻垢率的影響

固定丙烯酸的用量為15.0g，引發(fā)劑APS用量為單體質(zhì)量的1.0%，確定SAS、EEMA、MAA三個因素的用量對硫酸鋇垢阻垢率的影響，采用正交試驗(yàn)方案，以硫酸鋇垢阻垢率為指標(biāo)，確定合適的單體配比。選用L9（34）正交表，表1給出了因素水平。

表1 L9（34）正交試驗(yàn)因素水平

正交試驗(yàn)的結(jié)果可知，各單體的加入量對阻垢率的影響大小的次序?yàn)椋篈＞C＞B，即SAS的加入量是主要的影響因素。可以看出隨著SAS添加量的增加，藥劑的阻垢率顯著增大，但是當(dāng)添加量大于6.8g時，阻垢率開始下降。這是因?yàn)椋夯撬猁}是強(qiáng)離子性基團(tuán)，影響阻垢劑分子對金屬離子的絡(luò)合吸附程度。當(dāng)磺酸鹽的加入量較少時，阻垢劑分子對鋇鍶等金屬離子的絡(luò)合吸附能力低。隨磺酸鹽加入量的增加，阻垢劑分子對鋇鍶等金屬離子的絡(luò)合吸附能力增加，藥劑的阻垢率提高。但是隨著摻加量的繼續(xù)增加，阻垢率呈現(xiàn)下降趨勢，這是由于SAS很難聚合，當(dāng)聚合到主鏈分子中的單體達(dá)到飽和，剩余SAS就相當(dāng)于在阻垢劑中增添了雜質(zhì)分子，摻加定量的阻垢劑時，相應(yīng)的有效組分減少，使阻垢能力變差；EEMA對阻垢劑的影響不是很大，這是因?yàn)?EEMA主要利用其空間位阻很好地分散結(jié)垢分子，降低結(jié)垢反應(yīng)的動力學(xué)速率。EEMA用量增加，阻垢效果增加，但是隨著EEMA含量的繼續(xù)增加，則會減少酸的用量，進(jìn)而降低共聚體中羧基含量，使帶有活性電荷的基團(tuán)含量減少，電荷斥力作用減弱，阻垢效果降低；隨著MAA用量的增加，阻垢劑的阻垢性能也隨著增加，當(dāng)MAA用量超過3.4g時，阻垢率逐漸下降，產(chǎn)品中含有一些白色懸浮物，這可能是由于其競聚率較大發(fā)生均聚生成了大分子，分子量偏高而阻垢性能降低。

結(jié)合實(shí)際情況：制備阻垢劑的最佳單體配比為A2B2C2，即單體用量比為：m（AA）∶m（SAS）∶m（EEMA）∶m（MAA）：= 15.0∶6.8∶2.0∶3.4。

2.2 引發(fā)劑用量對阻垢率的影響

通過引發(fā)劑的用量來控制聚合度對阻垢劑的性能是十分重要的。共聚反應(yīng)在水溶液中進(jìn)行，故選擇無機(jī)過氧化物引發(fā)劑APS，其引發(fā)分解溫度在75℃。

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著引發(fā)劑用量的增加，阻垢率先增加后降低，在引發(fā)劑用量為1.2%時阻垢率達(dá)到最大值。原因可能是，當(dāng)引發(fā)劑用量少時，阻垢劑分子量大，鏈段的運(yùn)動能力較差，羧基和磺酸基的作用得不到充分發(fā)揮，導(dǎo)致阻垢劑分子對鋇鍶等金屬離子的螯合吸附能力減弱，阻垢能力減小。另一方面，當(dāng)引發(fā)劑的用量大于1.2%時，會使共聚物的分子量過小，空間位阻效應(yīng)不能有效發(fā)揮，阻垢效果顯著降低。因此，APS最適宜用量為單體質(zhì)量的1.2%。

2.3 阻垢劑的紅外光譜分析

在波數(shù)3425cm-1附近的收帶是阻垢劑中羥基的伸縮振動，1722cm-1處為-COO-結(jié)構(gòu)中-C=O的伸縮振動吸收峰，1165cm-1處為-CH2-O-CH2-中C-O-C結(jié)構(gòu)的伸縮振動吸收峰，1403～1377cm-1和815cm-1處出現(xiàn)磺酸基-OSO3H的特征峰。FTIR分析結(jié)果表明，參與聚合反應(yīng)的單體通過打開碳碳雙鍵成功地進(jìn)行了聚合反應(yīng)，得到了一種新阻垢劑。

3 現(xiàn)場使用效果評價

潿洲油田至注水以來，個別單井管線結(jié)垢嚴(yán)重，根據(jù)垢樣分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，該管線主要結(jié)垢類型為硫酸鋇鍶垢型。垢樣分析結(jié)果如表2所示。

表2 垢的組成分析

造成油井管線結(jié)垢的主要原因是潿洲油田為注水開發(fā)油田，注入水為海水，由于地層水中含有鋇鍶等成垢陽離子，注水中含有大量的硫酸根等成垢陰離子，兩種水不配伍，混合后產(chǎn)生結(jié)垢。針對垢物成分與特點(diǎn)，我們決定使用研制的鋇鍶垢阻垢劑對該油井管線進(jìn)行阻垢治理。對現(xiàn)場取回的水樣進(jìn)行離子成分分析。

為了考察研制出來的鋇鍶阻垢劑效果，在注水中加入不同濃度的阻垢劑，每個濃度下藥劑持續(xù)加注一周，考察加注阻垢劑前后產(chǎn)出水中鋇鍶等金屬離子含量的變化。隨著鋇鍶垢阻垢劑加注濃度的增加，產(chǎn)出水中Ba2+與Sr2+含量逐漸增加，對應(yīng)的阻垢率也逐漸增加，當(dāng)阻垢劑的加注濃度不小于30mg/L時，BaSO4與SrSO4垢的阻垢率大于90%。鋇鍶垢阻垢劑在現(xiàn)場使用后，油管的結(jié)垢情況得到了很大的改善，保證油田的安全生產(chǎn)。

4 結(jié)語

（1）由丙烯酸（AA），甲基丙烯酸（MAA），甲基丙烯酸乙氧基乙酯（EEMA），烯丙基磺酸鈉（SAS）等物質(zhì)通過自由基水溶液共聚合的方法合成了一種新型鋇鍶垢阻垢劑，研究單體、引發(fā)劑用量對硫酸鋇垢阻垢性能的影響。

（2）合成新型鋇鍶垢阻垢劑的單體最佳配比為：m（AA）∶m（SAS）∶m（EEMA）∶m（MAA）：=15.0∶6.8∶2.0∶3.4，引發(fā)劑用量占單體質(zhì)量的1.2%，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時間4h。

（3）現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明，當(dāng)自制鋇鍶垢阻垢的加注量不小于30mg/L時，硫酸鋇與硫酸鍶垢的阻垢率在90%以上，油井管線的結(jié)垢情況得到了很大的改善。

［1］張貴才， 葛際江， 何小娟，等. 化學(xué)劑防碳酸鈣垢的機(jī)理研究進(jìn)展［J］. 西安石油大學(xué)學(xué)報，2005， 20（5）: 59-62.

［2］周厚安.油氣田開發(fā)中硫酸鹽垢的形成及防垢劑和除垢劑研究與應(yīng)用進(jìn)展［J］.石油與天然氣化工，1999，28（3）:212-217.