铁离子稳定剂AAA的性能评价

2014-10-09杨海燕李建波

精细石油化工 2014年2期

杨海燕，李建波

（1.攀枝花学院生物与化学工程学院，四川攀枝花 617000；2.西南石油大学化学化工学院，四川成都 610500）

在油气田酸化施工过程中，高浓度的酸溶液在配酸和泵注过程中会溶解设备和油田管道表面的铁化合物，产生的铁离子会因残酸pH值的升高而产生Fe（OH）3沉淀，这可能堵塞地层空隙和油气渗流通道，从而降低酸化处理效果和油气产能［1］。目前，我国酸化作业中铁离子沉淀问题还没有得到根本的解决［2］，常用铁离子稳定剂主要有络合剂和还原剂两大类。其中络合剂有醋酸、柠檬酸、草酸、乙二胺四乙酸钠，还原剂主要是硫化合物。乙二胺四乙酸钠效果最好，但价格昂贵，而醋酸的使用温度则较低（66℃）。

笔者参照文献［3］，以过硫酸铵作引发剂，采用自由基聚合法，以丙烯酸、丙烯酰胺、烯丙基磺酸钠为单体合成具有络合铁离子能力的共聚物（AAA），并按照SY／T 6571-2003《酸化用铁离子稳定剂性能评价方法》进行了性能评价。

1 实验

1.1 试剂和仪器

过硫酸铵、丙烯酸、丙烯酰胺、烯丙基磺酸钠、氯化铁、浓盐酸、氢氟酸、氯化钙、氯化钾、氯化钠、碳酸氢钠、硫酸钠均为分析纯；XK缓蚀剂、SCH-1互溶剂、BQ稠化剂、BE-2防乳剂、SD-1表面活性剂、TDC-15A黏土防膨剂、CF-5B助排剂。

DV-Ⅱ＋可编程控制式黏度计，美国Brookfield（博力飞）公司；U-1800双光速紫外分光光度计，日本岛津（苏州）；WQF-520Paragon型红外光谱仪，美国PE公司。

1.2 铁离子稳定剂AAA的合成［3］

取一定量的蒸馏水加入带回流装置三口瓶中，在低温下加入丙烯酸、丙烯酰胺、烯丙基磺酸钠（m（AA）∶m（AM）∶m（SAS）＝4.5∶4.5∶1），单体总质量分数为35%，然后加入引发剂0.025g，升温到70℃，恒温5h。所得产物为淡黄色液体。反应式为：

1.3 AAA稳定铁离子原理

稳定剂AAA聚合物分子中有大量带负电荷的氧和氮提供孤对电子，与Fe3＋通过配位键形成络合物，防止Fe3＋与OH-结合形成沉淀。且因线性的共聚物分子链具有一定的柔韧性，在溶液中相互交织，形成各种空间网络结构，有助于更多的氧原子、氮原子与同一个Fe3＋形成配位键。AAA与铁离子Fe3＋络合形成各种空间网络结构［4-5］。

2 结果与讨论

2.1 铁离子稳定剂AAA的红外光谱

图1是稳定剂AAA的红外光谱。由图1可见：2588.0cm-1处为—O—H的伸缩振动峰，2040.3cm-1处为—CH2的不对称伸缩振动峰，1714.4cm-1为羧酸伸缩振动峰，1683.0cm-1处是酰胺伸缩振动峰，1552.4cm-1处是—NH2变形振动峰，1455.5cm-1处为—CH—弯曲振动峰，1220.7和1186.0cm-1处为C—N伸缩振动峰，1150.1cm-1处为磺酸—SO3Na伸缩振动峰，1041.4cm-1处为—C—O—的变形振动峰。由此表明丙烯酸和丙烯酰胺的聚合反应是成功的。

图1 铁离子稳定剂AAA的红外光谱

2.2 AAA稳定铁离子能力的测定

参照SY／T 6571-2003对稳定剂AAA进行性能评价。通过计算，稳定剂AAA稳定铁离子（Fe3＋）能力为1436.25mg／g。由此可知，稳定剂AAA有较好的稳定铁离子能力。

2.3 AAA在清水、盐酸、土酸中的分散性

按照SY／T 6571-2003，配置稳定剂AAA与清水、AAA与盐酸、AAA与土酸的混合溶液，在25，50，80，100℃养护20，60，100，120min，实验现象均为“澄清”。

稳定剂AAA是一种水溶性聚合物，具有较好的溶解分散性，其中的含有的磺酸基团具有抗温性和热稳定性。因此，AAA在清水、盐酸、土酸中，在100℃高温下仍能较长时间的稳定铁离子。

2.4 稳定剂AAA添加量对岩心的伤害

参照文献［6-7］，在不同温度和稳定剂AAA添加量下测定岩心的损害率，结果见表1。

表1 稳定剂AAA的岩心渗透率损害率

由表1可见：随着稳定剂AAA添加量增加，对岩心的渗透率损害率增加，但对岩心的渗透率损害率都比较小。AAA是聚合物，具有较大的黏性，容易附着在岩心上而堵塞岩心孔隙。因此，随着加量的增加，附着在岩心上的AAA就越多，煤油的渗透率就越小，岩心损害率就越大。

2.5 AAA与酸液添加剂的配伍性

按照SY／T 6571-2003，配制盐酸／土酸、铁离子稳定剂AAA和其他酸液添加剂的酸溶液，分别在25，50，80，100℃养护0.5，1，2，3，4h，对其分散性进行考察，实验现象均为“澄清”。

铁离子稳定剂AAA在盐酸、土酸中与缓蚀剂、互溶剂、稠化剂、防乳剂、表面活性剂、黏土防膨剂、助排剂的配伍性良好，从室温到100℃均无沉淀产生。说明了各种添加剂在土酸中的溶解性都较好，且他们之间互不影响，不发生化学反应，在土酸酸化过程中起着各自的作用。

2.6 不同pH值下AAA的稳定常数

采用分光光度法测定不同pH值下铁离子稳定剂 AAA的稳定常数（lg K）［8-9］，结果见图2。

图2 pH值与lgK的关系

由图2可见：稳定剂AAA的稳定常数随着pH值的增大而减小，这是由于在调节稳定剂AAA和FeCl3的络合液过程中，稳定剂AAA中的羧酸基团与碳酸钠发生了反应，并且酰胺基团发生了部分水解，减少了-OH中氧与铁离子络合的数量及氮原子与铁离子络合的数量，从而降低稳定剂AAA的络合常数。在pH值为7时，稳定剂AAA仍能够对Fe3＋起到很好的稳定作用，达到防止Fe3＋沉淀对地层造成的二次伤害。