CW系列防垢剂的合成及性能评价

伍丹丹，陈洪杰，赵文强，杨红艳，杜彦敏，刘 晶

（1.中原油田采油工程技术研究院，河南濮阳 457001；2.中原油田采油三厂，河南濮阳 457001）

CW系列防垢剂的合成及性能评价

伍丹丹1，陈洪杰1，赵文强2，杨红艳2，杜彦敏1，刘 晶1

（1.中原油田采油工程技术研究院，河南濮阳 457001；2.中原油田采油三厂，河南濮阳 457001）

针对中原油田各采油厂结垢严重的问题，以纯水为溶剂，以自制高聚物单体/膦基马来酸丙烯共聚物/丙烯酰胺（GD/PCMA/AM）为单体合成了CW系列防垢剂，其最佳反应条件为：单体配比为GD/PCMA/AM=10/6/2，引发剂用量为1.2%，反应温度为80℃，反应时间为4 h。合成的防垢剂CW-4用量为8 mg/L时，对碳酸钙垢的防垢率为92.3%，且与抑盐剂配伍良好。

防垢剂；合成；防垢率；碳酸钙垢；配伍性

中原油田各采油厂原始地层水矿化度一般在25～35×104mg/L，为CaCl2水型，目前因结垢已造成泵卡、管漏，甚至躺井，大大增加了井筒清垢次数，缩短了检泵周期，增加了采油成本，严重影响了生产的正常运行。结垢大多集中于管、杆和泵内，最厚达2 mm。X射线衍射分析表明，垢的主要成分为碳酸钙。根据防垢剂应该具有低剂量效应、晶格畸变、分散的阻垢机理[1]，以自制高聚物单体（GD）/膦基马来酸丙烯共聚物/丙烯酰胺为原料合成水溶性共聚物防垢剂CW-1，并对其进行了性能评价。结果表明CW-1对碳酸钙垢具有良好的防垢效果。

1 防垢剂CW-1的合成实验

1.1 合成试剂

膦基马来酸丙烯共聚物（PCMA）、丙烯酰胺（AM）、硫酸亚铁、过氧化氢、无水乙醇,以上试剂均为分析纯；高聚物单体（GD），自制。

1.2 实验条件

防垢剂的合成：在三口烧瓶中，以纯水为溶剂，硫酸亚铁-过氧化氢为引发剂，在不同的试验条件下加入GD、PCMA、AM，连续搅拌使其反应一定时间，将合成的产品用无水乙醇洗涤后，在70℃下真空烘干24 h，即得固体三元共聚物CW系列防垢剂。

将防垢剂配制成35%的水溶液，引发剂按硫酸亚铁:过氧化氢=1:10配制，改变单体配比、引发剂用量、反应温度、反应时间，考察各因素对共聚物防垢性能的影响。

1.3 合成优化试验

1.3.1 单体配比 首先考察单体配比对共聚物性能的影响，在反应温度80℃，反应时间3.5 h，引发剂用量为1%条件下，对不同单体配比进行防垢试验，结果（见表 1）。

表1 不同单体配比条件（质量比）的试验结果

从表1可以看出，在一定试验条件下，三种单体配比为 GD/PCMA/AM=10/6/2时（防垢剂CW-4）其防垢效果最佳。

1.3.2 引发剂用量 固定单体配比为GD/PCMA/AM=10/6/2，反应温度80℃，反应时间3.5 h，引发剂配比（硫酸亚铁：过氧化氢=1:10），改变引发剂用量，其防垢率实验结果（见图 1（a））。

从图1（a）可以看出，引发剂用量对共聚物的防垢率影响较大，引发剂最佳用量为1.2%。在一定范围内，共聚物的防垢率随引发剂用量的增加而升高，但引发剂用量过大时，生成自由基多，导致共聚物分子量降低，防垢率反而下降。

图1 （a） 引发剂用量对防垢率的影响

1.3.3 聚合温度 固定单体配比GD/PCMA/AM=10/6/2，反应时间3.5 h，引发剂用量1.2%，在不同温度下进行试验，结果（见图 1（b））。可见，当反应温度为80℃时，共聚物的防垢效果最好。这是因为温度低，引发剂分解速率低，自由基少，聚合反应速度慢，未反应单体多，但是过高的反应温度会导致副反应的发生[2]，使共聚物的防垢率减小。

图1 （b） 反应温度对防垢率的影响

1.3.4 反应时间 固定单体配比GD/PCMA/AM=10/6/2，引发剂用量1.2%，反应温度80℃，改变反应时间，试验结果（见图1（c））。可见，反应时间的长短直接影响单体的转化率[3]，也会明显影响共聚物的防垢效果。反应时间过短，未聚合的残留单体多，阻垢率低；反应时间过长会破坏共聚物的防垢效果，最佳反应时间为4 h。

图1 （c） 反应时间对防垢率的影响

2 防垢剂CW-1的性能评价

按照SY/T56 73-1993《油田用防垢剂性能评价方法》对聚合物防垢率进行测定。

2.1 用量对防垢率的影响

取效果最好的防垢剂CW-4，在80℃温度条件下，考察其用量对碳酸钙垢防垢率的影响，实验结果（见图 2（a））。

图2 （a） 防垢剂用量对防垢率的影响

从图2（a）可以看出，随着防垢剂CW-4用量增加，防垢率先增加后减小，防垢剂用量为8 mg/L时，防垢率最大，达到92.3%。

2.2 温度对防垢率的影响

在防垢剂用量为8 mg/L的条件下，考察温度对防垢率的影响，实验结果（见图2（b））。可以看出，温度对CW-4的防垢率有一定的影响。温度升高防垢率下降，这是因为温度升高，碳酸钙垢增加，同时高温条件下防垢剂的吸附作用降低，防垢率减小。但其防垢率均不低于85%，说明在井筒条件下防垢剂仍可应用。

图2 （b） 温度对防垢率的影响

2.3 氯化钠对防垢率的影响

在防垢剂用量为8 mg/L，80℃条件下，考察了氯化钠对防垢剂CW-4防垢率的影响，实验结果（见图2（c））。可以看出，随着氯化钠浓度增加，防垢剂的防垢率下降，但其防垢率不低于80%，说明其抗盐性能较好。

2.4 与抑盐剂的配伍性评价

将防垢剂CW-4与目前采油三厂、四厂使用的抑盐剂YY-3和YY-4进行配伍试验，混溶性较好，无沉淀浑浊现象。试验结果如下：其防垢率经测定为91.8%，说明合成的防垢剂与抑盐剂配伍性好（见表 2）。

图2 （c） 钠离子浓度对防垢率的影响

表2 防垢剂与抑盐剂的配伍性评价

从配伍试验结果来看，防垢剂CW-4与YY-3YY-4配伍良好。

3 结论

（1）在单体配比 GD/PCMA/AM=10/6/2，引发剂用量1.2%，反应温度80℃，反应时间4 h试验条件下，合成的防垢剂CW-4效果最佳，其添加量为8 mg/L时，对碳酸钙垢防垢率达92.3%。

（2）防垢剂CW-4可应用于井下环境和高矿化度水质，且与抑盐剂配伍良好。

[1] SHEN Don g，FU Go n g mi n，KAN AMY T.Barite dissolution／precipitation kinetics in porous media and in the presence and absence of a common scale inhibitor[A] .SPE 114062-PA，2009.

[2] 郭利平，廖久明.新型气田水质防垢剂的合成研究[J] .重庆科技学院学，2010，12（5）:107-110.

[3] 魏锡文，许家友.防垢剂AM/AA/MA三元共聚物的合成及性能研究[J] .精细石油化工，1998，5（3）:3-6.

Synthesis and performance evaluation of CW series scale inhibitors

WU Dandan1，CHEN Hongjie1，ZHAO Wenqiang2，YANG Hongyan2，DU Yanmin1，LIU Jing1
（1.Research Institute of Oil Production Engineering and Technology，Zhongyuan Oil Field Company，SINOPEC，Puyang Henan 457001，China；2.The 3rd Zhongyuan Oil Production Factory，Puyang Henan 457001，China）

In order to solve the problem of serious scaling at all oil extraction factories in Zhongyuan oilfield,CW series scale inhibitors（GD/PCMA/AM）were synthetised by aqueous polymerization.Optimum reaction conditions were monomer ratio（GD/PCMA/AM）10:6:2,initiator of 1.2%,reaction temperature at 80℃,and for 4 hours.When quantity of CW-4 scale inhibitor was 8 mg/L,its anti-scale ratio was 92.3%to calcium carbonate.Moreover,CW-4 scale inhibitor had good cooperation with anti-salt agent.

Scale Inhibitors；synthesis；anti-scale ratio；calcium carbonate；compatibility

10.3969/j.issn.1673-5285.2012.11.020

TG174.42

A

1673－5285（2012）11－0077－03

2012－07－02

伍丹丹，女（1984-），工程师，主要从事污水处理研究以及腐蚀防护方面的研究工作，邮箱：wddpm2001@126.com。