新型硫酸钡锶垢阻垢剂的制备与应用

2015-11-27田宇谢进宜王吉中海石油中国有限公司湛江分公司涠洲油田作业区广东湛江524057

化工管理 2015年28期

田宇谢进宜王吉（中海石油（中国）有限公司湛江分公司涠洲油田作业区，广东湛江 524057）

新型硫酸钡锶垢阻垢剂的制备与应用

田宇谢进宜王吉（中海石油（中国）有限公司湛江分公司涠洲油田作业区，广东湛江 524057）

以丙烯酸（AA），甲基丙烯酸（MAA），甲基丙烯酸乙氧基乙酯（EEMA），烯丙基磺酸钠（SAS）单体为原料，自由基水溶液共聚合成一种钡锶垢阻垢剂。研究了单体、引发剂用量对阻垢剂性能的影响，确定了钡锶垢阻垢剂的最佳合成配方，结果表明，m（AA）∶m（SA S）∶m（EEMA）∶m（MAA）=15.0∶6.8∶2.0∶3.4，引发剂用量占单体质量的1.2%，硫酸钡垢的阻垢率达到95%以上。

阻垢剂；合成；应用；油田

0 引言

涠洲油田现场应用结果表明，当钡锶垢阻垢剂的加注量不小于30mg/L时，硫酸钡与硫酸锶垢的阻垢率在90%以上，油井管线的结垢情况得到了很大的改善。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

药品：丙烯酸（AA）、甲基丙烯酸（MAA）、甲基丙烯酸乙氧基乙酯（EEMA）、烯丙基磺酸钠（SAS）、过硫酸钾，均为分析纯试剂；

仪器：FA1004分析天平，上海精科；76-1恒温水浴电动搅拌机，华岩仪器；DZF-305干燥箱，上海精宏。

1.2 实验方法

将各反应物质配制成浓度为20%的水溶液，然后在四颈瓶中加入SAS水溶液，装好温度计、搅拌器及滴加装置，不断搅拌并升温至80℃，缓慢滴加单体的混合溶液及过硫酸铵溶液进行反应，控制滴加速度在两小时内滴加完毕，然后维持恒温继续反应4h，反应结束生成淡黄色的溶液，冷却至室温，用40%的NaOH溶液调节pH值到7，得到棕黄色水溶液产物，测其固含量为21.0Wt%。

2 实验结果与讨论

2.1 单体用量对阻垢率的影响

固定丙烯酸的用量为15.0g，引发剂APS用量为单体质量的1.0%，确定SAS、EEMA、MAA三个因素的用量对硫酸钡垢阻垢率的影响，采用正交试验方案，以硫酸钡垢阻垢率为指标，确定合适的单体配比。选用L9（34）正交表，表1给出了因素水平。

表1 L9（34）正交试验因素水平

正交试验的结果可知，各单体的加入量对阻垢率的影响大小的次序为：A＞C＞B，即SAS的加入量是主要的影响因素。可以看出随着SAS添加量的增加，药剂的阻垢率显著增大，但是当添加量大于6.8g时，阻垢率开始下降。这是因为：磺酸盐是强离子性基团，影响阻垢剂分子对金属离子的络合吸附程度。当磺酸盐的加入量较少时，阻垢剂分子对钡锶等金属离子的络合吸附能力低。随磺酸盐加入量的增加，阻垢剂分子对钡锶等金属离子的络合吸附能力增加，药剂的阻垢率提高。但是随着掺加量的继续增加，阻垢率呈现下降趋势，这是由于SAS很难聚合，当聚合到主链分子中的单体达到饱和，剩余SAS就相当于在阻垢剂中增添了杂质分子，掺加定量的阻垢剂时，相应的有效组分减少，使阻垢能力变差；EEMA对阻垢剂的影响不是很大，这是因为 EEMA主要利用其空间位阻很好地分散结垢分子，降低结垢反应的动力学速率。EEMA用量增加，阻垢效果增加，但是随着EEMA含量的继续增加，则会减少酸的用量，进而降低共聚体中羧基含量，使带有活性电荷的基团含量减少，电荷斥力作用减弱，阻垢效果降低；随着MAA用量的增加，阻垢剂的阻垢性能也随着增加，当MAA用量超过3.4g时，阻垢率逐渐下降，产品中含有一些白色悬浮物，这可能是由于其竞聚率较大发生均聚生成了大分子，分子量偏高而阻垢性能降低。

结合实际情况：制备阻垢剂的最佳单体配比为A2B2C2，即单体用量比为：m（AA）∶m（SAS）∶m（EEMA）∶m（MAA）：= 15.0∶6.8∶2.0∶3.4。

2.2 引发剂用量对阻垢率的影响

通过引发剂的用量来控制聚合度对阻垢剂的性能是十分重要的。共聚反应在水溶液中进行，故选择无机过氧化物引发剂APS，其引发分解温度在75℃。

试验结果表明，随着引发剂用量的增加，阻垢率先增加后降低，在引发剂用量为1.2%时阻垢率达到最大值。原因可能是，当引发剂用量少时，阻垢剂分子量大，链段的运动能力较差，羧基和磺酸基的作用得不到充分发挥，导致阻垢剂分子对钡锶等金属离子的螯合吸附能力减弱，阻垢能力减小。另一方面，当引发剂的用量大于1.2%时，会使共聚物的分子量过小，空间位阻效应不能有效发挥，阻垢效果显著降低。因此，APS最适宜用量为单体质量的1.2%。

2.3 阻垢剂的红外光谱分析

在波数3425cm-1附近的收带是阻垢剂中羟基的伸缩振动，1722cm-1处为-COO-结构中-C=O的伸缩振动吸收峰，1165cm-1处为-CH2-O-CH2-中C-O-C结构的伸缩振动吸收峰，1403～1377cm-1和815cm-1处出现磺酸基-OSO3H的特征峰。FTIR分析结果表明，参与聚合反应的单体通过打开碳碳双键成功地进行了聚合反应，得到了一种新阻垢剂。

3 现场使用效果评价

涠洲油田至注水以来，个别单井管线结垢严重，根据垢样分析结果可以发现，该管线主要结垢类型为硫酸钡锶垢型。垢样分析结果如表2所示。

表2 垢的组成分析

造成油井管线结垢的主要原因是涠洲油田为注水开发油田，注入水为海水，由于地层水中含有钡锶等成垢阳离子，注水中含有大量的硫酸根等成垢阴离子，两种水不配伍，混合后产生结垢。针对垢物成分与特点，我们决定使用研制的钡锶垢阻垢剂对该油井管线进行阻垢治理。对现场取回的水样进行离子成分分析。

为了考察研制出来的钡锶阻垢剂效果，在注水中加入不同浓度的阻垢剂，每个浓度下药剂持续加注一周，考察加注阻垢剂前后产出水中钡锶等金属离子含量的变化。随着钡锶垢阻垢剂加注浓度的增加，产出水中Ba2+与Sr2+含量逐渐增加，对应的阻垢率也逐渐增加，当阻垢剂的加注浓度不小于30mg/L时，BaSO4与SrSO4垢的阻垢率大于90%。钡锶垢阻垢剂在现场使用后，油管的结垢情况得到了很大的改善，保证油田的安全生产。