CN113388380A

CN113388380A - 一种三元复合驱油井钙硅共沉积防垢剂及其制备方法

Info

Publication number: CN113388380A
Application number: CN202110751959.9A
Authority: CN
Inventors: 侯志峰
Original assignee: Heilongjiang Anyou Chemical Co ltd
Current assignee: Heilongjiang Anyou Chemical Co ltd
Priority date: 2021-07-02
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2021-09-14

Abstract

本发明涉及一种三元复合驱油井钙硅结垢防垢剂及其制备方法。该三元复合驱分子态垢控制剂原料及原料质量百分比为：丙烯酸甲酯1～2%、乙二胺2～3%、甲醛35～45%、亚磷酸15～25%、盐酸5～15%、氢氧化钠10～20%、软化水25～35%。该防垢剂的制备方法如下：室温下将丙烯酸甲酯、乙二胺和甲醇投入反应釜A混合均匀，控制真空度、反应时间及温度，反应结束后将产物投加到反应釜B内，投加盐酸、亚磷酸和甲醛，控制反应时间及温度，反应结束后由反应釜B底出料。该防垢剂能够有效的解决油田三元复合驱油井举升系统泵筒和环套空间因碳酸盐和硅酸盐沉积结垢造成的检泵频繁、检泵周期短的问题。

Description

一种三元复合驱油井钙硅共沉积防垢剂及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种油田采油领域中所用的三元复合驱采出液防垢控制技术，特别是一种三元复合驱油井钙硅结垢防垢剂及其制备方法。

背景技术：

原油的开采过程可分为三个阶段。第一阶段是指原油靠地层的压力喷发而出，采收率约为15％；第二阶段是将水由水井注入来维持地层压力的二次采油，采收率约为15％～20％；第三阶段是利用物理的、化学的、生物的新技术进行尾矿采油的三次采油，采收率约为20％以上。

三元复合驱作为近几年发展起来的效果最好的三次采油新技术，是由碱/表面活性剂/聚合物复配而成的复合驱油体系，能与原油形成超低界面张力，提高原油采收率达20％以上。

在三元驱油体系注入地层到采出过程中，当碱性的化学剂注入地层后，与地层岩石和地层水发生包括溶解、混合和离子交换在内的多种反应。造成成垢离子或地层矿物在油井各个部位特别是举升系统沉积析出形成污垢，造成机采井卡泵，特别是在采出后期，采出液中垢的成因发生了很大的变化，不仅包括成垢阳离子的成盐沉积和采出液体系中全硅在举升过程的脱水沉积，还包括高硅、高聚合物环境下由于聚合物悬浮吸附能力使得的碳酸盐晶体和粘土矿物质在举升过程的聚合物包裹沉积。高硅、高聚合物环境下，使得三元复合驱油井结垢速度更快，检泵周期缩短，影响油井正常生产，增加现场施工难度。该三元复合驱钙硅结垢防垢剂，室内评价对钙、镁、钡、硅垢的控制率在80％以上。现场加药量100mg/L，检泵周期能够延长200天以上，能够有效的解决了油田三元复合驱油井采出后期举升系统因钙、硅、钡垢沉积造成的检泵频繁、检泵周期短的问题。

发明内容：

本发明在于克服背景技术中存在的现有油田三元复合驱油井举升系统泵筒和环套空间因碳酸盐和硅酸盐沉积结垢造成的检泵频繁、检泵周期短的问题，而提供一种三元复合驱油井钙硅共沉积防垢剂，该三元复合驱油井钙硅共沉积防垢剂，能够有效控制对对钙、镁、钡、硅成垢量，延长检泵周期。本发明还提供一种三元复合驱油井钙硅共沉积防垢剂制备方法。

本发明可通过如下技术方案来达到：一种三元复合驱油井钙硅共沉积防垢剂，各组分及配比按质量百分比如下：丙烯酸甲酯1～2％、乙二胺2～3％、甲醛35～45％、亚磷酸15～25％、盐酸5～15％、氢氧化钠10～20％、软化水25～35％

本发明还提供一种三元复合驱油井钙硅共沉积防垢剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)室温下，将一定量的乙二胺和甲醇投入反应釜A在搅拌的情况下混合均匀，滴加一定量的丙烯酸甲酯，室温反应24小时后逐渐升高反应釜A温度到55～65℃，真空条件下反应3小时，控制中间罐收集甲醇回流到反应釜A，继续升温到75～85℃，真空条件下反应3小时，收集甲醇，降至室温出料；

(2)将(1)步得到的产物投入反应釜B，投加一定量的盐酸和软化水，在搅拌的情况下滴加一定量的甲醛，控制反应釜B内温度不超过60℃，甲醛滴加完毕，将反应釜内温度降低至40～45℃，继续将一定量的亚磷酸缓慢滴加到反应釜B内，控制反应温度和时间。

(3)开启蒸汽阀门，将釜内温度升高至100～120℃回流保温，每隔1h取样测试釜内物料亚磷酸含量≤3.0％，反应结束后降温至60℃左右；

(4)反应釜B内滴加一定量的氢氧化钠水溶液，调节pH＝6～8；

(5)补加一定量的软化水至所需浓度后出料；

所述的反应釜A、反应釜B为间歇式夹套-蛇管搪瓷反应釜，反应釜温度采用水-蒸汽控温，通过夹套蒸汽阀门及蛇管冷却水的阀门的流量来调节温度，反应釜配有冷却水管线连接反应釜蛇管和冷凝回流装置，真空装置。反应釜顶部连接冷凝器。

该三元复合驱钙硅结垢防垢剂原料中丙烯酸甲酯、乙二胺为产品提供超支化多氮长碳链分子结构，多氮长碳链结构特征官能团体现为氨基和亚氨基，能够将结晶形硅垢微粒转化为可变形硅，对微粒具有一定的消溶作用，抑制微粒的结晶成长,从而阻止硅垢沉积生长，而起到防硅垢作用；原料中甲醛和亚磷酸为产品分子结构提供甲叉膦酰基官能团，对钙、镁、钡、锶等成垢金属离子具有一定的螯合和空间阕位效应而起到防止碳酸盐垢沉积的作用；原料中甲醇作为丙烯酸甲酯和乙二胺发生迈克尔加成反应的催化剂和溶剂作用，促进反应进行，甲醇可重复使用。盐酸为甲叉膦酸化反应的催化剂同时提供酸性环境，可发生超支化多氮长碳链分子的端胺基和甲醛、亚磷酸发生反应合成甲叉膦酰基分子结构，盐酸最后通过蒸汽冲蒸从产品中脱除；原料中氢氧化钠为pH值调节剂，调节最终成品pH值在6～8。

传统阻垢剂分子结构中只含有膦酰基或羧基，其防垢机理只是通过螯合、空间阕位效应和晶格畸变原理针对碳酸盐垢进行预防，对硅垢的沉积没有作用。本实验发明设计的钙硅结垢防垢剂除了含膦酰基以外，多氮长碳链提供了氨基和亚氨基，可对油田中硅垢和碳酸盐垢有一定的螯合和空间阕位效应，对微粒具有一定的消溶作用同时可对成垢阳离子起到螯合作用，抑制微粒的结晶成长。

本发明设计的钙硅结垢防垢剂的防垢机理：

1、能够优先与水样中可溶硅配位，替换三元复合驱采出后期可溶硅配位吸附的碳酸盐晶体，同时能够改变硅聚体表面的电荷性质，超支化空腔能够使硅聚体悬浮分散，使之不集聚沉积。

2、对成垢阳离子的络合增溶作用、空间位阻、空间阙值效应，使成垢阳离子失去成垢的机会。晶格畸变作用，阻止(Ca/Mg/Ba/Sr)碳酸盐、硫酸盐垢的继续生长作用。

所述的本发明与上述背景技术相比较可具有如下有效效果：传统阻垢剂现场投加量为135mg/L以上时，对钙、镁、钡的控制率可达80％，可适当延长检泵周期，但延长效果不明显。该三元复合驱钙硅结垢防垢剂，加药量100mg/L时，室内评价对钙、镁、钡、硅垢的控制率在80％以上。检泵周期能够延长200天以上，能够有效的解决了油田三元复合驱油井采出后期举升系统因钙、硅、钡垢沉积造成的检泵频繁、检泵周期短的问题。该防垢剂还可以用于地面回油管线、掺水管线的硅垢的预防，降低回油压力。本发明制备工艺无废物排放，不会产生工业污染，甲醇、盐酸等试剂可多次回收利用，绿色环保，优于传统工艺。

附图说明

附图1是本发明的制备方法的工艺流程图。

图中：1-真空泵；2-真空冷凝器；3-真空缓冲罐；4-甲醇收集罐；5-甲醇高位槽；6-乙二胺高位槽；7-丙烯酸甲酯高位槽；8-超支化冷凝器；9-反应釜A；10-甲醛高位槽；11-亚磷酸高位槽；12-碱液高位槽；13-甲叉膦酰化冷凝器；14-反应釜B。

具体实施方式：

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明的制备方法的工艺流程，包括反应釜A9、反应釜B14，所述反应釜A9顶部分别连接甲醇高位槽5、乙二胺高位槽6、丙烯酸甲酯高位槽7及超支化冷凝器8；所述甲醇高位槽5通过泵连接甲醇收集罐4，甲醇收集罐4依次连接真空缓冲罐3、真空冷凝器2；真空缓冲罐3连接真空泵1；反应釜B14顶部连接甲醛高位槽10、亚磷酸高位槽11、碱液高位槽12及甲叉膦酰化冷凝器13；所述甲醇高位槽5、乙二胺高位槽6、丙烯酸甲酯高位槽7、甲醛高位槽10、亚磷酸高位槽11、碱液高位槽12顶部、超支化冷凝器8、甲叉膦酰化冷凝器13底部连接放空管线；所述真空冷凝器2底部、反应釜9、超支化冷凝器8顶部连接真空管线。

该三元复合驱钙硅结垢防垢剂制备方法包括以下步骤：

(1)室温下，打开冷凝8回流阀门，将80kg乙二胺、200kg甲醇由高位槽加入反应釜A，启动反应釜搅拌，打开冷凝器8阀门，滴加高位槽7内丙烯酸甲酯120kg后，室温反应24h。

(2)打开反应釜A蒸汽阀门开始升温至60℃，关闭冷凝器8放空阀，打开冷凝器8真空阀，启动真空泵3h后，反应釜A继续升温至80℃，启动真空泵3h后，关闭冷凝器8与反应釜连接阀门，打开反应釜A的真空阀，启动真空泵抽取甲醇至甲醇收集罐内，釜内物料降温至60℃以下，出料至反应釜B。

(3)将500kg盐酸、1000kg软化水由高位槽加入反应釜B，启动反应釜B搅拌，打开冷凝器13阀门，在搅拌的情况下滴加高位槽10的甲醛2000kg，控制反应釜B内温度不超过60℃，甲醛滴加完毕，将釜内温度降低至40～45℃，继续滴加高位槽11的亚磷酸1000kg。

(4)开启蒸汽阀门，将反应釜B内温度升高至100～120℃回流保温，每隔1h取样测试釜内物料亚磷酸含量≤3.0％，反应结束后，釜底通蒸汽冲蒸2小时，将盐酸蒸除后降温至60℃；

(5)反应釜B内滴加高位槽12的氢氧化钠水溶液(30％)225kg，调节pH＝6～8；

(6)补加300kg软化水至所需浓度后，降温至50℃，出料，分装成桶。测定产品的对钙镁硅垢防垢性能，防垢率为85.3％。

表1

实施例2-实施例6步骤反复实施例1的步骤，技术方案中各原料用量及生产过程控制具体参数见表1。

试样溶液的配制：

A溶液：分别称2.89g±0.01g无水氯化钙、0.62g 1％氯化镁于200ml烧杯中，加蒸馏水移入1000ml容量瓶混合均匀后定容。

B溶液：分别称1.31g±0.01g氯化钠、2.5g±0.01g碳酸钠、0.63g±0.01g浓度为1％的硫酸钠水溶液于200ml烧杯中，加蒸馏水移入1000ml容量瓶混合均匀后定容。

C溶液：称取2.00g±0.01g样品于100ml烧杯中，加蒸馏水移入100ml容量瓶中。向容量瓶中加蒸馏水至刻度线，摇匀，制得浓度为2.0％的溶液。

D溶液：用移液管移取10mL A溶液于250mL具塞锥形瓶中，加190mL蒸馏水混合均匀。

E溶液：将40g硅酸钠于100ml塑料烧杯中，加入新鲜蒸馏水移入500mL容量瓶中，混合均匀后定容，制得8％的Na₂SiO₃溶液。立即转移到聚乙烯瓶中保存，备用。

防垢率的测定：

(1)用移液管移取10mL A溶液于容量为250mL的锥形瓶中，再加入187.5mL B溶液，2.5mL E溶液，盖紧瓶塞，充分摇匀，此溶液为空白溶液。

(2)用移液管移取10mL A溶液于容量为250mL的锥形瓶中，加入0.6mL C溶液，充分摇匀，再加入187mL B溶液，2.5mL E溶液，盖紧瓶塞，摇匀，此溶液为加药溶液。

(3)将上述锥形瓶置于空气温度为50℃±1℃的电热鼓风干燥箱中恒温24h后取出，冷却至室温(1h)，立即进行下面操作。

用中速滤纸分别过滤上述溶液。

用电感耦合等离子发射光谱仪测定其中的钙含量。

控制率E_f按公式计算：

式中：

E_f—防垢率，％；

C₀——空白溶液24h后钙含量，mg/L；

C₁——加药溶液24h后钙含量，mg/L；

C_D——D溶液中钙含量，mg/L。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范。

Claims

1.一种三元复合驱油井钙硅结垢防垢剂，其特征在于：原料及原料质量百分比：丙烯酸甲酯1～2%、乙二胺2～3%、甲醛35～45%、亚磷酸15～25%、盐酸5～15%、氢氧化钠10～20%、软化水25～35%。

2.一种权利要求1 所述的三元复合驱油井钙硅结垢防垢剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）室温下，将一定量的乙二胺和甲醇投入反应釜A混合均匀，滴加一定量的丙烯酸甲酯，室温反应24小时后逐渐升高反应釜A温度至55~65℃，真空条件下反应3小时，控制中间罐收集甲醇回流到反应釜A，继续升温到75~85℃，真空条件下反应3小时，收集甲醇，降至室温出料；

（2）将（1）步得到的产物投入反应釜B，投加一定量的盐酸和软化水，在搅拌的情况下滴加一定量的甲醛，控制反应釜B内温度不超过60℃，甲醛滴加完毕，将反应釜内温度降低至40～45℃，继续将一定量的亚磷酸缓慢滴加到反应釜B内，控制反应温度和时间；

（3）开启蒸汽阀门，将釜内温度升高至100～120℃回流保温，每隔一段时间取样测试釜内物料亚磷酸含量≤3.0%，反应结束后降温至60℃左右；

（4）反应釜B内滴加一定量的氢氧化钠水溶液，调节pH=6～8；

（5）补加一定量的软化水至所需浓度后出料。

3.根据权利要求2所述的一种三元复合驱油井钙硅结垢防垢剂的制备方法，其特征在于：反应釜A、反应釜B顶部连接冷凝器。

4.根据权利要求2所述的一种三元复合驱油井钙硅结垢防垢剂的制备方法，其特征在于：步骤（3）每隔1h取样测试釜内物料亚磷酸含量≤3.0%。