多元共聚物硫酸盐垢阻垢剂的合成与应用

刘 祥，王 苗，梁 雷，李金柱

（西安石油大学化学化工学院，陕西 西安 710065）

多元共聚物硫酸盐垢阻垢剂的合成与应用

刘 祥，王 苗，梁 雷，李金柱

（西安石油大学化学化工学院，陕西 西安 710065）

将马来酸酐（MA）、丙烯酸（AA）、次亚磷酸钠（SHP）和 2-丙烯酰胺基 -2-甲基丙磺酸（AMPS）作为单体，硝酸钴为催化剂，过氧化氢进行引发，合成得到了对CaSO4和BaSO4垢有较好阻垢性能的四元共聚物阻垢剂。采用正交实验进行优化，发现其优化合成条件为：4个单体的质量比（MA∶AA∶SHP∶AMPS）为9∶10∶3∶3。实验结果表明，当合成的四元共聚物加量在70 mg/L时，对CaSO4垢的阻垢率可达到95%以上，对BaSO4垢的阻垢率可达到97%以上。

多元共聚物；阻垢剂；硫酸盐垢

现今石油开采普遍采用注水的方式开采，注入水与地层水的配伍性较差，将直接导致油田各系统的结垢问题加重[1]。因此，解决结垢问题对油田生产至关重要，尤其对渗透率较低的油田。从垢质的理化特性来看，碳酸盐垢相对比较容易处理，硫酸盐垢出现结垢后就较难处理[2]。针对硫酸盐垢开发的阻垢剂中，以丙烯酸聚合物为主，其阻垢效果较好，应用广泛，对环境伤害较小[3-4]。

实验以马来酸酐（MA）、丙烯酸（AA）、次亚磷酸钠（SHP）和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）合成了对硫酸盐垢具有良好阻垢性能的四元共聚物阻垢剂，采用正交实验对其合成条件进行了优化，并评价了其阻垢性能。

1 实验方法

1.1 实验主要药品

主要实验试剂见表1。

表1 主要实验试剂

1.2 四元共聚物阻垢剂的合成

将一定量的MA和AMPS加入反应器中，再加入水和催化剂并不断搅拌，加热使其溶解。待体系均一后再缓慢滴加其余2个单体AA和SHP，同时滴加过氧化氢进行引发，反应温度控制在70℃左右。反应4 h后冷却取出，得到的橙色透明溶液，即为四元共聚物阻垢剂。

1.3 四元共聚物阻垢剂阻垢性能的评价

1.3.1 模拟水的配制

表2 实验用模拟水组成 g/L

按表2中配制4种溶液，实验时分别将A、B溶液和C、D溶液混合，即可得到阻硫酸钙和硫酸钡垢的实验模拟水样。

1.3.2 阻垢率测定方法

配制一定质量分数的阻垢剂溶液加入到一定体积的A（或C）溶液中，混合均匀后再加入等体积的B（或D）溶液，同时做空白，在温度为70℃的水浴中回流数小时，冷却并对滤液进行分析[5]。取一定体积的滤液加入指示剂，用EDTA进行滴定，测定滤液中Ca2+/Ba2+含量，按式（1）计算阻垢率：

式中：E—阻垢率，%；V0—空白试样消耗EDTA的体积，mL；V1—空白试样结垢后消耗EDTA的体积，mL；V2—加阻垢剂结垢后消耗EDTA的体积，mL。

2 结果与讨论

2.1 四元共聚物阻垢剂合成条件优化

实验以4种反应单体的加量作为考察因素，以阻垢剂对BaSO4垢的阻垢率作为考察指标进行正交实验，对合成阻垢剂的阻垢性能进行测试[6]。将不同条件下合成的产物配制成溶液加入C溶液，并与等体积D溶液混合，使得其中阻垢剂的质量浓度为50 mg/L，按照1.3.2中阻垢率的测定方法进行评价，具体实验因素水平及实验结果如表3和表4所示。

表3 正交实验因素水平表g

表4 正交实验结果

由正交实验结果可得，影响阻垢剂对BaSO4垢阻垢性能的因素依次为：B＞D＞A＞C，最优水平为A2B2C2D1，即 m（MA）∶m（AA）∶m（SHP）∶m（AMPS）=9∶10∶3∶3。

图1 pH对阻垢剂阻CaSO4垢性能的影响

图2 阻垢剂加量对其阻CaSO4垢性能的影响

2.2 阻垢剂的性能评价

2.2.1 阻CaSO4垢效果评价

2.2.1.1 pH的影响

采用A、B溶液配制模拟水样，调节模拟水的pH，测试当阻垢剂加量为50 mg/L时，不同pH下对CaSO4垢的阻垢率，实验结果见图1。

由图1结果可知，当体系的pH增加时，阻垢剂对CaSO4的阻垢率先增大后减小，pH为7左右时阻垢效果最好，阻垢率超过90%。

2.2.1.2 阻垢剂加量的影响

按照CaSO4垢阻垢剂性能的评价方法，采用A、B溶液配制模拟水样，测定不同阻垢剂加量下对CaSO4垢的阻垢率[7]，实验结果如图2所示。

从图2可以看出，阻垢剂对CaSO4的阻垢率随着阻垢剂加量的增加而不断增大，且增大速度逐渐减小，当阻垢剂加量大于60 mg/L时，其对CaSO4垢的阻垢率超过93%。

2.2.2 阻BaSO4垢效果评价

2.2.2.1 pH的影响

采用C、D溶液配制模拟水样，调节模拟水的pH，测试当阻垢剂加量为50 mg/L时，不同pH下对BaSO4垢的阻垢率[8]，实验结果见图3。

图3 pH对阻垢剂阻BaSO4垢性能的影响

由图3结果可知，当体系的pH增加时，阻垢剂对BaSO4的阻垢率先增大后减小，阻垢效果最好的pH为7左右，阻垢率超过90%。

2.2.2.2 阻垢剂加量的影响

按照BaSO4垢阻垢剂性能的评价方法，采用C、D溶液配制模拟水样，测定不同阻垢剂加量下对BaSO4垢阻垢率的影响，实验结果如图4所示。

从图4可以看出，阻垢剂对BaSO4的阻垢率随着阻垢剂加量的增加而不断增大，且增大速度逐渐减小，当阻垢剂加量大于60 mg/L时，其对BaSO4垢的阻垢率大于95%。

3 结论与建议

（1）体系的pH对阻垢剂的使用有很大的影响，在过酸或者过碱的条件下阻垢剂的阻垢效果较差，在pH为中性或弱碱性时，阻垢剂的使用效果更佳。

（2）合成的四元共聚物阻垢剂随着其加量的增加，阻垢率不断增大，且增加幅度逐渐减小，可根据结垢情况和施工要求灵活地调节阻垢剂的用量。

[1] 王香爱.我国阻垢剂的研究进展[J].应用化工，2009，38（1）：131-134，147.

[2] 熊玉娟，唐善法，邹玮.硫酸盐垢聚合物阻垢剂研究进展[J].石油化工腐蚀与防护，2012，29（2）：8-11.

[3] 程云章，翟祥华，葛红花，等.阻垢剂的阻垢机理及性能评定[J]. 华东电力，2003，31（7）：14-18.

[4] 聂宗利，武玉民，张君，等.阻垢剂的阻垢性能评价方法[J].应用化工，2011，40（5）：875-879，887.

[5] 李伟超，吴晓东，刘平，等.油田用阻垢剂评价研究[J].化工进展，2009，28（4）:631-632.

[6] 王忠辉.油田污水回注阻垢剂的研制[D].大庆：大庆石油学院，2005.

[7] 胡敏.硫酸盐垢阻垢剂的制备和与缓蚀剂协同作用的研究[D].西安：西安石油大学，2016.

[8] 马欣.复配型Ba2+（Ca2+、Sr2+）阻垢剂制备及试验研究[D].西安：西安科技大学，2013.

10.13752/j.issn.1007-2217.2017.04.010

2017-08-15

图4 阻垢剂加量对其阻BaSO4垢性能的影响