CN109354222B - 一种油田中性除垢分散剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种油田中性除垢分散剂，具体包括有机膦酸20‑30份，丙烯酸‑2‑丙烯酰胺‑2‑甲基丙磺酸共聚物水溶液5‑10份，金属氢氧化物9‑15份，去离子水45‑70份。本发明提供的油田中性除垢分散剂，有效降低系统的腐蚀速率，延长设备使用寿命，可满足油田注入水与油层水混合产生的硫酸盐垢和碳酸盐垢的溶解分散和管道疏通，同时对抑制油田注水系统中钙锶钡硫酸盐及碳酸盐垢和氧化铁沉淀的形成有一定的作用，合成工艺简单，单体之间协同增效性能好，可提高油田回注水利用率，节约水资源。

Description

一种油田中性除垢分散剂
技术领域
本发明涉及一种用于油田注水系统的除垢分散剂，具体涉及一种除硫酸钡锶、硫酸钙和碳酸钙垢的中性除垢分散剂。
背景技术
油田开采过程中，随着油田的流体如油、水等从油水层中不断采出，油井的油层压力不断下降，从而导致产油量急剧下降，依靠弹性采油不能满足生产的要求，需要对所开采的油层进行注水，补充油层亏空的压力。油田注水开发是一种常用的石油开采方式，虽然油田注水原水水质条件不同，但是油田注入水中一个共同的显著特点就是含有大量的钙、镁、钡、锶等易成垢离子，在油层温度下产生硫酸钙、碳酸钙、硫酸钡、硫酸锶结垢，易在管柱内壁结垢析出，它们的成垢速度非常快，使得管道过流面积迅速减小，导致油层注水压力大幅度上升，减少注水量，严重影响油田注水可持续发展与经济效益的提高。而且由于垢层表面粗糙不平，使得摩擦阻力增大，更为严重的是由于污水中大量成垢盐类随温度压力变化，以及与不同水体的混合，将出现结垢和堵塞现象。给生产带来一系列的危害，不仅使产量降低，严重影响正常连续操作，甚至停产，使油井及设备过早报废。有报道某油田一口油井投产仅10天，集油管就因结垢而被堵死，先后更换6次管线，最后被迫关井。因此，必须对已经结垢的管柱进行除垢及除垢后回注水系统的抑垢处理。另外，油田污水资源处理后代替地下水进行回注是循环利用水的一种方式。可以节约大量清水资源和取水设施的建设费用，提高油田注水开发的总体技术经济效益。
最有效的除垢方式是加入除垢剂进行管道清洗疏通，化学抑垢剂的使用是合理利用油田污水资源的处理方法。化学除垢剂最初选择硝酸、硫酸等强酸稀溶液，随着工业的发展，强酸除垢剂逐渐被有机酸体系代替，克服了强酸的强腐蚀性、强刺激性和生产使用不方便等缺点，使其能够有效除垢，反应产物均是可溶性盐，无二次沉淀产生，但是有机酸体系药剂保持了其强溶解性的同时，仍保持其弱酸性，长时间运行会使管柱、胶筒发生腐蚀，而且药剂中通常需要添加表面活性剂，来降低附着在盐垢表面的微粒之间的粘合力，表面活性剂的加入会产生大量泡沫，给油田污水后期处理带来困难。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明提供了一种油田中性除垢分散剂，能够满足油田注入水与油层水混合产生的硫酸盐垢和碳酸盐垢的溶解分散，疏通管道；同时可有效抑制油田注水系统中钙锶钡硫酸盐及碳酸盐垢和氧化铁沉淀的形成。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种油田中性除垢分散剂，其特征在于，原料按质量份数为：有机膦酸20-30份，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物水溶液5-10份，金属氢氧化物9-15份，去离子水45-70份。
其中，所述的有机膦酸可以为氨基三亚甲基膦酸（ATMP）、羟基亚乙基二膦酸（HEDP）、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）、己二胺四亚甲基膦酸（HDTMPA）中的任意一种或两种的组合。
其中，所述的金属氢氧化物为氢氧化钾。
其中，所述的丙烯酸2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物是其质量百分含量为30-40%的水溶。
其中，所述的丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物水溶液合成工艺为：室温下，将反应需要的去离子水入釜，然后依次将摩尔比为2~4:1的丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体加入反应釜，搅拌至单体全部溶解；升温至80~85℃，同时开启过硫酸钾水溶液和次磷酸钠水溶液引发单体聚合反应，其中，过硫酸钾用量占丙烯酸单体质量的4-6%，次磷酸钠用量占丙烯酸单体质量的5-9%；引发剂滴加完成后，体系维持95±1℃保温反应2小时，降温得丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物水溶液，结构式为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
上述的油田中性除垢分散剂的制备方法为：将去离子水、有机膦单体、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸依次加入到反应釜中，搅拌条件下，控制体系温度≤70℃，缓慢加入氢氧化钾调节体系pH值至6.0~8.0，加入余量去离子水，搅拌均匀，降至室温得油田中性除垢分散剂。
本发明采用自己特制的丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物，为无规共聚物，使用氧化还原体系进行的引发和聚合反应，粘均分子量为（3500~4800），n(AA):n(AMPS)=（2~4:1）；与有机磷酸复配后，使用碱调节pH，此处碱特指氢氧化钾，中性条件下，有机磷酸钾盐比有机磷酸钠溶解度更高，但是有机磷酸一般为强酸性条件，中性或弱碱性的条件下，有机磷酸的螯合效果大大减弱。使用丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物的钾盐与有机磷酸复配，在中性或弱碱性条件下，共聚物中的羧酸基团有分散作用；强极性的磺酸基团能够极化有机磷酸基团增强其螯合性，丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物和有机磷酸表现出良好的协同增效作用。
有益作用：
1.配方药剂的使用，实现了油田回注水系统的硫酸钡、硫酸锶、硫酸钙、碳酸钙垢的溶解分散，解决管道堵塞问题，同时对抑制盐垢形成和氧化铁沉淀也起一定的作用；
2.中性钾盐配方与传统的酸性除垢配方相比，减少了对系统的腐蚀，延长设备使用寿命；
3.合成工艺简单，药剂性能好，提高油田回注水利用率，节约成本。
具体实施例
为了更进一步的解释本发明的意义，下面结合实施例对本发明所涉及的内容进行阐述，但并不对其内容进行限定。
实施例1
中性除垢分散剂配方一组成：
羟基亚乙基二膦酸 20 份
丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物 8 份
氢氧化钾 9.5份
去离子水 62.5份
具体配制工艺为：将210g去离子水、100g羟基亚乙基二膦酸和40g丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物依次加入到反应釜中，搅拌均匀，缓慢加入氢氧化钾并控制体系温度≤70℃，调节体系pH值至6.8-7.2，加入余量102.5g 去离子水 ，搅拌混合均匀并降温得油田中性除垢分散剂。
其中，羟基亚乙基二膦酸的活性组分为50.45%的水溶液。
其中丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物的合成工艺为：室温下，将反应需要的去离子水入釜，然后依次将摩尔比为3:1的丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体加入反应釜，搅拌至单体全部溶解；升温至85℃，同时开启过硫酸钾水溶液和次磷酸钠水溶液引发单体聚合反应，其中，过硫酸钾用量占丙烯酸单体用量的4.5%，次磷酸钠用量占丙烯酸单体用量的6%；引发剂滴加完成后，体系维持95±1℃保温反应2小时，降温得固含为30.65%的丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物水溶液，其粘均分子量为4304。
实施例2
中性除垢分散剂配方二组成：
羟基亚乙基二膦酸 18 份
己二胺四亚甲基膦酸 4 份
丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物 8 份
氢氧化钾 14份
去离子水 56份
具体配制工艺为：将185g去离子水、90g羟基亚乙基二膦酸、20g己二胺四亚甲基膦酸和40g丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物依次加入到反应釜中，搅拌均匀，缓慢加入氢氧化钾并控制体系温度≤70℃，调节体系pH值至6.8-7.2，加入余量95g去离子水 ，搅拌混合均匀并降温得油田中性除垢分散剂。
其中，羟基亚乙基二膦酸是活性组分为50.45%的水溶液。
其中，己二胺四亚甲基膦酸是活性组分为98.92%的白色晶体粉末。
其中丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物的合成工艺为：室温下，将反应需要的去离子水入釜，然后依次将摩尔比为2:1的丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体加入反应釜，搅拌至单体全部溶解；升温至80℃，同时开启过硫酸钾水溶液和次磷酸钠水溶液引发单体聚合反应，其中，过硫酸钾用量占丙烯酸单体用量的5%，次磷酸钠用量占丙烯酸单体用量的7%；引发剂滴加完成后，体系维持95±1℃保温反应2小时，降温得固含为30.83%的丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物水溶液，其粘均分子量为4763。
实施例3
中性除垢分散剂配方二组成：
氨基三亚甲基膦酸 10 份
羟基亚乙基二膦酸 10份
丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物 5 份
氢氧化钾 15份
去离子水 60份
具体配制工艺为：将185g去离子水、25g氨基三亚甲基膦酸、100g羟基亚乙基二膦酸和25g丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物依次加入到反应釜中，搅拌均匀，缓慢加入氢氧化钾并控制体系温度≤70℃，调节体系pH值至6.8-7.2，加入余量90g去离子水 ，搅拌混合均匀并降温得油田中性除垢分散剂。
其中，氨基三亚甲基膦酸是活性组分为50.51%的水溶液。
其中，羟基亚乙基二膦酸是活性组分为50.45%的水溶液。
其中丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物的合成工艺为：室温下，将反应需要的去离子水入釜，然后依次将摩尔比为4:1的丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体加入反应釜，搅拌至单体全部溶解；升温至85℃，同时开启过硫酸钾水溶液和次磷酸钠水溶液引发单体聚合反应，其中，过硫酸钾用量占丙烯酸单体用量的6%，次磷酸钠用量占丙烯酸单体用量的9%；引发剂滴加完成后，体系维持95±1℃保温反应2小时，降温得固含为40.11%的丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物水溶液，其粘均分子量为3705。
对比例1
将实施例1中羧酸聚合物替换为常规规格丙烯酸2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物产品，产品粘均分子量（7200），n(AA):n(AMPS)=（4.5:1），其他步骤不变。
对比例2
将实施例2中的丙烯酸2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物去掉，其他内容及操作步骤不变。
对比例3
将实施例2中丙烯酸2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物去掉、氢氧化钾替换为氢氧化钠，其他内容及操作步骤不变。
对上述实验的最终产品进行分散溶垢试验：
主要仪器及型号规格：DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器、2-3cm H型永磁搅拌子、250mL烧杯。
试验步骤：将洁净的烧杯置于磁力搅拌器水浴中，分别加入200mL去离子水和除垢分散剂，其中药剂的加入量相对于体系用水量的占比为2-5%，放入H型永磁搅拌子，搅拌均匀并加热至40-60℃，称取华北油田回注水管道取出的主成分为硫酸钡（锶）、硫酸钙和碳酸钙的Mg垢样放入烧杯中，保持转速30~50r/min，恒温搅拌12-24小时，称量并记录不同时间以及不同加药量对应的未分散溶解垢样质量Mxg ，溶垢分散率D%按下式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中：D --- 溶垢分散率，%；
M--- 垢样的原始质量，g；
Mx--- 未分散溶解垢样质量，g。
配方分散溶垢效果测试（参照实施例4试验方法）
分散溶垢温度为40±2℃时，不同药剂在不同加药浓度及溶垢时间下对应的垢样分散溶解情况如表1：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表1.
分散溶垢温度为60±2℃时，不同药剂在不同加药浓度及溶垢时间下对应的垢样分散溶解情况如表2：
Figure DEST_PATH_IMAGE004

Claims (5)

1.一种油田中性除垢分散剂，其特征在于，原料按质量份数为：有机膦酸20-30份，丙烯
酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物水溶液5-10份，金属氢氧化物9-15份，去离子水45-70
份；所述的丙烯酸2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物是其质量百分含量为30-40%的水溶液；
所述的丙烯酸2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物的粘均分子量为3500~4800，nAA:nAMPS=2~4:1。
2.根据权利要求1所述的一种油田中性除垢分散剂，其特征在于，所述的有机膦酸为氨基三亚甲基膦酸、羟基亚乙基二膦酸、2-膦酸丁烷-1 ,2 ,4-三羧酸、己二胺四亚甲基膦酸中的任意一种或两种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种油田中性除垢分散剂，其特征在于，所述的金属氢氧化物为氢氧化钾。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种油田中性除垢分散剂，其特征在于，所述的丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物水溶液合成工艺为：室温下，将反应需要的去离子水入釜，然后依次将摩尔比为2~4:1的丙烯酸和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸单体加入反应釜，搅拌至单体全部溶解；升温至80~85℃，同时开启过硫酸钾水溶液和次磷酸钠水溶液引发单体聚合反应，其中，过硫酸钾用量占丙烯酸单体质量的4-6%，次磷酸钠用量占丙烯酸单体质量的5-9%；引发剂滴加完成后，体系维持95± 1℃保温反应2小时，降温得丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸共聚物水溶液，结构式为
Figure 940121DEST_PATH_IMAGE001
。
5.根据权利要求4所述的一种油田中性除垢分散剂，其特征在于，所述的油田中性除垢分散剂的制备方法为：将去离子水、有机膦单体、丙烯酸-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸依次加入到反应釜中，搅拌条件下，控制体系温度≤70℃，缓慢加入氢氧化钾调节体系pH值至6.0~8.0，加入余量去离子水，搅拌均匀，降至室温得油田中性除垢分散剂。
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