弱碱性油田采出水缓蚀阻垢剂的研制及性能评价

新疆油田沙漠油区采出水水质整体呈弱碱性,矿化度高,垢样成分主要为CaCO_3和Fe_2O_3,管线腐蚀类型为垢下腐蚀。以聚合甘油磷酸酯(自制)、D-葡萄糖酸钠、乌洛托品和分散剂为原料,制备了一种适用于弱碱性油田采出水质的缓蚀阻垢剂。对新疆油田部分沙漠油区的采出水水质和垢样特征进行了分析,采用静态阻垢法评价了药剂的阻垢性能,利用静态失重法和电化学交流阻抗法研究了缓蚀阻垢剂在新疆油田模拟配制水中的缓蚀性能;同时,研究了温度变化对缓蚀阻垢剂的缓蚀性能的影响,并对腐蚀和缓蚀机理进行了探讨。在新疆油田模拟配制水中,当缓蚀阻垢剂加药浓度为250 mg/L时,阻垢率可达98.61%;在50℃,加药浓度为200 mg/L时,缓蚀效率可达78.5%。交流阻抗法测试表明,当缓蚀阻垢剂加药浓度为200 mg/L时,容抗弧半径最大,传递电阻值最大,缓蚀效果最佳,与失重法测试结果一致。随着温度的升高,缓蚀效率逐步降低;在60℃,当加药浓度为200 mg/L时,缓蚀效率仍可达73.4%。实验结果表明:该缓蚀阻垢剂在弱碱性油田采出水中具有良好的缓蚀阻垢性能,具有广阔的应用前景。     

华北油田BaSO_4阻垢剂防垢效果评价

为了解决华北油田BaSO_4的结垢问题,针对华北油田水质特性,筛选有效的BaSO_4阻垢剂JW-10和EDTMPS,研究了温度、矿化度、SO4~(2-)浓度、Ba~(2+)浓度对阻垢效果的影响规律,以及不同温度条件下阻垢效果的耐时性能。分别模拟南马庄油田、淖尔油田的采出水进行不同投药量条件下的阻垢效果试验并确定最佳条件,为BaSO_4阻垢剂在华北油田的应用提供技术依据。试验结果表明:温度(40～80℃)越高,矿化度(2×10~4～10×10~4mg/L)越高,BaSO_4阻垢效果越好;Ba~(2+)质量浓度(≤200 mg/L)越低,SO_4~(2-)质量浓度(≤600 mg/L)越低,BaSO_4阻垢效果越优;温度越高,BaSO_4阻垢效果的耐时性越佳。在试验温度为50～80℃、时间为168 h的条件下,JW-10阻垢剂的阻垢率达94.1%～97.9%;在试验温度为60～80℃、时间为168 h的条件下,EDTMPS阻垢剂的阻垢率达94.8%～97.6%。南马庄油田投药量为5 mg/L时,BaSO_4阻垢剂的阻垢率达100%;淖尔油田投药量为350～500 mg/L时,BaSO_4阻垢剂的阻垢率达88.3%～96.1%。     

咪唑啉膦酰胺盐酸盐在油田水中的缓蚀性能研究

采用静态挂片失重法和电化学方法,研究了合成的环烷基咪唑啉膦酰胺盐酸盐(NIPH)在模拟油田水中对A3钢的缓蚀作用,并探讨了其缓蚀机理.实验结果表明:(1)NIPH在矿化度31.2 g/L的模拟油田水中对A3钢具有较好的缓蚀效果,其缓蚀效果受溶液pH值影响较大.在显酸性的模拟油田水中,NIPH的缓蚀率远高于原模拟油田水中的缓蚀率;当溶液pH为5左右时,NIPH的缓蚀效果最好,且此时水中基本无沉积物,在80℃、24 h条件下,投加量为30 mg/L时,缓蚀率可达到92.43%,A3钢腐蚀率仅为0.0249 mm/a,远好于我国石油天然气行业标准对污水腐蚀率的要求.(2)NIPH缓蚀剂具有较宽的适用温度范围(30～95℃),50℃左右时缓蚀效果最好.温度较低时,NIPH缓蚀剂以物理吸附为主;温度较高时则以配位键化学吸附为主;80℃时吉布斯吸附自由能ΔG0为38.2 kJ/mol.按电化学机理,NIPH属于阴极型为主的缓蚀剂.图1表5参8.     

山梨醇磷酸酯缓蚀阻垢剂的合成及性能研究

以山梨醇和磷酸为反应单体合成了山梨醇磷酸酯缓蚀阻垢剂（SPA）,以缓蚀率作为考察指标,研究了相关因素对SPA缓蚀性能的影响。应用静态阻垢测定方法和常压静态测定方法评价了SPA的阻垢性能和缓蚀性能,通过电化学法探讨了其缓蚀机理。实验结果表明,采用常压合成法,在山梨醇和磷酸摩尔比为3:1、酯化反应时间3 h和反应温度120¹40℃下,合成的SPA性能最佳。当质量浓度大于25mg/L时,SPA具有较好的阻CaCO₃垢性能,阻CaCO₃垢率为90%以上。当加量为100mg/L时,A3钢片在模拟水中的腐蚀速率为0.0234mm/a,缓蚀率为85.26%。动电位扫描极化曲线表明,SPA是以抑制阴极为主的混合型缓蚀剂。图7表3参8     

超临界CO2缓蚀阻垢剂的合成及性能评价

针对高矿化度低渗透油藏CO_2驱油过程中超临界CO_2腐蚀结垢问题,合成一种由苯甲酸硫脲基咪唑及磷酸酯基咪唑啉、喹啉季铵盐和聚环氧琥珀酸盐为主要成分构成的缓蚀阻垢剂CQ-HS。利用高温高压实验、电化学和阻垢率评价方法,在超临界条件下研究了CQ-HS的抗CO_2腐蚀性和阻垢性能。研究结果表明,在80℃、CO_2分压9.0 MPa条件下,添加200 mg/L的缓蚀阻垢剂CQ-HS后,碳钢的腐蚀速率降为0.068 mm/a,具有良好的缓蚀性能;当缓蚀阻垢剂CQ-HS加量为200 mg/L时,其对硫酸钡锶垢的阻垢率可以达到80%以上。在超临界CO_2条件下,CQ-HS缓蚀阻垢剂同时具有缓蚀和阻垢性能,可实现一剂多用的目标。图9表1参15     

长效缓蚀剂DX-1的研制

胜利东辛油田地温高,地层水和回注污水矿化度高,腐蚀严重。采用N80钢腐蚀试样,在含Cl-,HCO-3,Mg2+,Ca2+,Na+,矿化度6.29×104mg/L,pH=7.0的模拟水腐蚀介质中,实验测定了一系列单一或复配的市售有机、无机缓蚀剂在80℃(有机缓蚀剂)和60℃(无机缓蚀剂)下的缓蚀性能。发现有2种有机液体缓蚀剂(代号HS 3,HS 4)在加量为30mg/L时的缓蚀率>97%且无点蚀发生;质量比6∶4～4∶6的HS 3+HS 4在总加量10mg/L时的缓蚀率高于单用的HS 3和HS 4。HS 3+HS 4的化学成份为膦酸盐、胺、有机酸、醛及少量无机物,1∶1的HS 3+HS 4以一种高吸水树脂和一种可成胶、可固结材料为载体,经加热干燥、成型之后制成缓释型固体缓蚀剂DX 1。用量10mg/L的DX 1,60～80℃下在模拟水中的缓蚀率>97%;用量15mg/L时,80℃下在东辛油田辛1、辛3及102站外输水中使腐蚀速率分别降至0.0315,0.0753及0.0108mg/m2·h,缓蚀率分别为95.4%,92.2%及97.7%。将DX 1用于东辛油田将使腐蚀问题基本获得解决。表7参3。     

含膦缓蚀阻垢剂的合成与性能评价

针对油田采出水对管线的结垢和腐蚀问题，采用多乙烯多胺、环氧氯丙烷、亚磷酸为原料，合成含膦缓蚀阻垢剂PEA，利用静态挂片法和络合滴定法对合成的含膦缓蚀阻垢剂PEA进行了性能评价试验。根据正交试验，筛选出了具有较好缓蚀阻垢性能的含膦缓蚀阻垢剂PEA-5，并与缓蚀阻垢剂HPAA进行复配。结果表明，PEA-5和HPAA缓蚀阻垢剂按质量比5：5进行复配，80℃下，以20mg／L的量加入矿化度为67550mg／L的模拟水中，缓蚀率和阻垢率分别达90．9％和95．8％。     

丙烯酸／丙烯酸甲酯／马来酸酐共聚物合成与阻垢性能研究

合成了丙烯酸/丙烯酸甲酯/马来酸酐三元共聚物,命名为CT,通过红外光谱对其结构进行了表征;研究了该共聚物对高钡离子水、高锶离子水及油田模拟复合离子(Ca2+、Mg2+、Ba2+、Sr2+)水的阻垢效果,探讨了高钙离子含量下进一步提高其阻垢效果的措施。结果表明,在加量为60 mg/L下,CT对硫酸钡、硫酸锶阻垢率分别达100%和80%,但对钙垢阻垢率仅为50%。CT对油田低钙(Ca2+含量400 mg/L)、高钡(Ba2+含量500 mg/L)锶(Sr2+含量500 mg/L)复合离子水体的阻钙垢和钡锶垢的效果明显,在CT加量为100 mg/L下,阻垢率均达90%。质量比2:1的CT与钙阻垢剂CX的复配物,在加量为100 mg/L时,可使高钙(Ca2+含量1000 mg/L)、高钡(Ba2+含量500 mg/L)锶(Sr2+含量200 mg/L)复合离子水体的阻垢率达96.7%,可满足高钙、高钡锶离子水体阻复合垢需要。     

砂岩储集层低矿化度水驱提高采收率机理及黏土对采收率的影响

利用色谱柱制备了普通砂岩岩心和不含黏土的砂岩岩心,通过室内岩心驱替实验研究砂岩储集层低矿化度水驱提高原油采收率的机理,并分析黏土对采收率的影响。首先向岩心中注入矿化度为100 000 mg/L的高矿化度盐水,以模拟地层水,然后在不同温度下注入矿化度为1 000 mg/L的低矿化度盐水,记录色谱柱流出物中Ca~(2+)、CH_3COO~-的浓度和pH值。研究表明,低矿化度水驱过程中,不含黏土的砂岩岩心也出现羧酸与砂体分离现象,只是不像含黏土的砂岩岩心那样明显,且Ca~(2+)解吸现象显著,这表明在不存在黏土的情况下,低矿化度水驱也能获得更高的采收率;与高矿化度水驱相比,低矿化度水驱过程中流出物pH值显著增加,且随着温度的升高,流出物pH值和Ca~(2+)浓度变小;低矿化度水驱时砂岩岩心的亲水性比高矿化度水驱时更强。     

二氧化碳驱采油井缓蚀阻垢剂的复配实验研究

针对西部某油田注CO_2驱腐蚀结垢的特点,选用油田普遍使用的咪唑啉、季铵盐、酰胺盐、膦酸盐缓蚀剂以及氨基三亚甲基膦酸和聚天冬氨酸阻垢剂进行复配实验研究,用电化学测试方法和静态阻垢测试实验优选出性能良好的缓蚀剂和阻垢剂单剂,对所选的缓蚀剂和阻垢剂在总质量浓度240mg/L下进行最优配比实验后,采用失重法、模拟工况测试阻垢率以及扫描电镜(SEM)评价复合缓蚀阻垢剂的防护效果。实验结果表明:通过单剂筛选得出的缓蚀剂和阻垢剂在60℃饱和CO_2模拟地层水中对N80碳钢的缓蚀率高达94.13%,阻垢率高达93.98%;在总质量浓度为240mg/L时,缓蚀剂与阻垢剂按2∶1的质量比复配后的试剂,缓蚀率达91.98%,阻垢率达91.10%;在模拟实际最苛刻的生产工况下,复合缓蚀阻垢剂的防腐防垢均能满足油田控制指标。研究表明,膦酸盐和聚天冬氨酸复配的缓蚀阻垢剂可以抑制CO_2驱采油井的腐蚀结垢问题。     

芳烃抽提溶剂环丁砜中氯离子的净化研究

筛选出可有效脱除芳烃抽提环丁砜贫溶剂中氯离子(Cl-)的大孔弱碱型阴离子交换树脂。在净化空速为3.0～6.0 h-1、净化温度为40～50℃,净化压力为0.4～1.5 MPa的优选条件下,环丁砜贫溶剂中的Cl-质量浓度由5.8 mg/L降至约1.0 mg/L,pH值由5.2升高至6.3以上,酸值由0.052 76 mg/L降至小于0.049 53 mg/L,单位质量树脂净化倍数达300倍;净化后环丁砜贫溶剂的劣化趋势与净化前一致,腐蚀性明显下降,缓蚀率为78.53%～80.48%。     

膦酰基羧酸的合成及阻垢性能研究

以亚磷酸（H3PO3），丙烯酸（AA）和2－丙烯酰胺基－2－甲基丙磺酸（AMPS）为单体，水为溶剂，过硫酸钠为引发剂，合成了膦酰基羧酸。通过正交实验对膦酰基羧酸的合成工艺进行了优化，并通过碳酸钙沉积法和磷酸钙沉积法对合成的膦酰基羧酸的阻垢性能进行评价。筛选出的膦酰基羧酸的最佳合成工艺条件是：AA与AMPS的质量比为1：1，H3PO3占AA和AMPS总质量的15%，Na2S2O8占AA和AMPS总质量的20%，最佳反应温度为100℃，最佳反应时间是5h。最佳工艺合成的阻垢分散剂膦酰基羧酸在投加量为15mg/L的条件下，对磷酸钙的阻垢率为100%，对碳酸钙的阻垢率为91.65%。     

SF型脱钙剂在高酸多巴原油上的应用

 采用SF型高效脱钙剂和破乳剂SP-169对多巴原油进行脱钙研究。考察SF型脱钙剂加剂量、反应温度、注水率、沉降时间等因素对脱钙效果的影响。结果表明,SF型脱钙剂与破乳剂SP-169配伍对多巴原油具有较好的脱钙效果和优良的破乳效果,在剂钙质量比为2.5、破乳剂SP-169加入量为100 μg/g、反应温度为90 ℃、注水率为15%、反应时间为10 min、沉降时间为15 h的条件下,脱钙率达到87.7%,同时具有较好的脱铁效果,脱铁率达到68.2%。脱后原油钙含量为34.9 μg/g,盐含量为2.018 mg NaCl/L,原油水含量为0.17%,排水中油质量浓度小于50 mg/L。     

炼油厂湿硫化氢腐蚀介质缓蚀剂的研究

研究了一种可用于炼油装置的湿硫化氢防护的咪唑啉类缓蚀剂,并对其缓蚀效果作了评价。在有机酸和有机胺摩尔比为1:(1.1～1.5),140～240℃,分散剂A存在条件下,合成出了理想的湿硫化氢的缓蚀剂。当缓蚀剂用量为20 mg/L时,缓蚀率为95%,为炼油装置的湿硫化氢的腐蚀防护提供参考。     

MA-SAS-AA阻垢剂研制

以马来酸酐（MA）、烯丙基磺酸钠（SAS）、丙烯酸（AA）为原料,过硫酸铵为引发剂,合成了MA—SAS—AA水溶性聚合物阻垢剂,考察了合成条件对共聚物阻垢率的影响,结果表明,在MA：SAS：AA摩尔比为1：0．4：0．3,引发剂用量为单体总质量的10％,反应体系pH4．0,反应温度80℃,反应时间4h条件下,MA—SAS—AA共聚物阻垢剂对碳酸钙垢的阻垢率可达93．7％。同时考察了应用条件对共聚物阻垢率的影响,结果表明,在共聚物浓度10mg／L,成垢溶液pH8．0,溶液温度50～60℃条件下,共聚物对碳酸钙垢的阻垢率达90％以上。     

高温环烷酸缓蚀剂的合成

以正壬醇、五硫化二磷为原料合成硫醇基硫代磷酸壬酯高温缓蚀剂并对其缓蚀性能进行评价。考察了原料摩尔比、反应温度、反应时间等因素对合成反应的影响，并通过实验确定了最佳反应条件：正壬醇与五硫化二磷原料摩尔比2：1，反应温度180℃，反应时间7h。缓蚀评价实验结果表明，在此条件下合成的硫代磷酸酯缓蚀剂，加入量为1000mg／L时，在实验温度280℃，实验时间48h的条件下，缓蚀率可达97．2％。     

磺化烷基酚缓蚀剂的制备及其性能评价

以烷基酚和浓硫酸为原料合成磺化烷基酚,考察了原料配比、反应温度和反应时间对磺化产率的影响;采用红外光谱对产物进行了结构表征;通过旋转挂片失重法测定磺化烷基酚缓蚀剂对A3钢的缓蚀率;并借助数码相机、显微镜及EDS对缓蚀剂成膜物质进行评价。研究结果表明：合成磺化烷基酚的最佳工艺条件为烷基酚与浓硫酸摩尔比1:1.25,反应温度60 ℃,反应时间2 h,此条件下的磺化产率可达90.46%;在缓蚀剂质量浓度1 000 mg/L、腐蚀介质温度280 ℃、腐蚀介质停留时间6 h、搅拌桨转速300 r/min的条件下,磺化烷基酚缓蚀剂对A3钢的缓蚀率为93.27%;磺化烷基酚缓蚀剂能在A3钢表面形成完整致密的保护膜,在以环烷酸为主的腐蚀环境中具有良好的防护作用。     

硫酸钙防垢剂的合成与性能评价

以顺丁烯二酸酐、内烯酸和烯丙基磺酸钠为原料,以过硫酸铵为引发剂,经共聚应就制得硫酸钙防垢剂聚顺丁烯二酸酐-丙烯酸-烯丙基磺酸钠三元共聚物(BSI);专察了BSI含量、温度、时间、体系pH、NaCl含量、成垢离子(Ca~(2+)和SO_4~(2-)))浓度对防垢率的影响,同时考察了BSI含量对高浓度成垢离子溶液防垢率的影响。实验结果表明,在70℃、25 h、ρ(BSI)=3mg/L、c(Ca~(2+))=c(SO_4~(2-))=0.1 mol/L、体系pH=8、ρ(NaCl)=7.5 g/L的条件下,防垢率为99.0%。成垢离子浓度对BSI的防垢率影响很大,对于高浓度成垢离子溶液,增加BSI用量仍可使其具有较好的防垢效果;当溶溶剂化物中(Ca~(2+))=c(SO_4~(2-)=0.6 mol/L、ρ(BSI)=220 mg/L时,防垢率仍可达到99.0%。根据BSI的分子结构特点,分析了BSI与Ca~(2+)形成络合物的络合机理,还进一步探讨了BSI的分散絮凝和晶格畸变作用机理。     

循环水中Zn2+、Mg2+、Ca2+对溶菌酶缓蚀作用的影响

为提高溶菌酶在循环水系统中的缓蚀效果,研究了Zn²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等循环水系统中常见的离子对于溶菌酶缓蚀作用的影响。结果表明,循环水中Zn²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺质量浓度范围分别为25~100 mg/L、61.97~86.97 mg/L、107.75~182.57 mg/L时,溶菌酶的活性和缓蚀性能均有所提高;其中,Zn²⁺质量浓度为50 mg/L时溶菌酶的缓蚀率最高,达99.37%。     

烷醇酰胺磷酸酯表面活性剂的缓蚀性能

以十四酸、十六酸和硬脂酸为原料与二乙醇胺反应合成了脂肪酸烷醇酰胺,经磷酸化反应及醇胺中和反应后制备了3种脂肪酸烷醇酰胺磷酸酯盐表面活性剂。测试了产物的组成及表面活性,电化学法和失重法考察了产物在矿化水中的防腐性能并与其他缓蚀剂进行了对比。结果表明,脂肪酸碳数为C14、C16、C18的磷酸酯盐(C14N、C16N和C18N)的临界胶团浓度(cmc)分别为50～30mg/L,对应于cmc的表面张力(γcmc)分别为27.31,24.57和27.65mN/m;电化学法和失重法均表明随着脂肪酸碳数的增加,缓蚀性能先增加后降低。C16N具有较好的缓蚀性能,C14N次之,C18N最差。在模拟盐水中加入100mg/L的产物C16N时,极化缓蚀率可以达到71.7%,50℃、4d时失重法平均腐蚀速率为0.0716mm/a,满足油田注入水腐蚀速率要求。从分子结构讨论了产物缓蚀机理。