CN114057305A - 一种阻垢剂缓释珠、制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻垢剂缓释珠、制备方法和应用，属于阻垢剂技术领域。阻垢剂缓释珠的制备方法为：利用粉状水泥加水搅拌后成水泥浆体，再加入阻垢剂使阻垢剂包裹在水泥浆体中，最后干燥压模使其硬化形成灰棕色缓释阻垢剂小珠，其中，缓释阻垢剂小珠内阻垢剂的占比为60wt％‑65wt％，水泥占比为35wt％‑40wt％。上述制备方法工艺简单，反应条件温和；所制备的阻垢剂缓释珠的缓释效率与寿命稳定，长期有效性良好可以持续阻垢，抗压性能好，具有明显的溶限效应，对于常见的碳酸钙、硫酸钡、磷酸钙等水垢具有较强的阻垢性能，可以降低水垢处理的成本及风险，有望广泛用于多种生产条件、尤其是高压强条件下的水质阻垢处理。

Description

一种阻垢剂缓释珠、制备方法和应用

技术领域

本发明涉及阻垢剂技术领域，具体而言，涉及一种阻垢剂缓释珠、制备方法和应用。

背景技术

在冷热水系统、输送管道、换热器等设备表面都会产生无机物矿垢(简称水垢)。水垢是通常由于相对于无机盐在水溶液中过饱和而在表面上形成的矿物。沉积的结垢固体会阻塞管道，导致管道腐蚀、传热阻抗等不良后果，增加操作风险和成本。特别在石油和天然气工业中，水垢沉积和堵塞是最常见的操作问题之一。从井下到集结设施，再到处理设施，水垢可沉积在任何油田设施表面上。水垢的沉积会导致集输管道内径锐减、阀门故障和地层堵塞等问题。

控制结垢最有效的策略是抑制水垢的产生。阻垢方法中最常用的是加入化学阻垢剂。阻垢剂是一类具有阻止或干扰无机盐在表面沉淀、结垢功能的一类药剂。阻垢剂的作用机理包括螯合增溶作用、凝聚与分散作用、静电斥力作用、晶体畸变作用等。目前，有机磷酸盐类阻垢剂仍然是国内外最广泛应用的阻垢剂。羟基亚乙基二膦酸在250℃下仍能起到良好的缓蚀阻垢作用，在高pH值下仍很稳定，不易水解，一般光热条件下不易分解。耐酸碱性、耐氯氧化性能较其它有机磷酸(盐)好。然而传统的阻垢剂使用方法很难有效地利用阻垢剂。通常的做法是利用泵设备将化学阻垢剂连续加注到生产系统中以控制水垢沉积。这种阻垢剂加注方法的缺陷是阻垢剂尚未发生作用就随水流走，损失了大量的阻垢剂，阻垢剂利用率较差。

一种固体颗粒阻垢剂及其制备方法(CN111909675A)公开了：一种固体颗粒阻垢剂及其制备方法。该固体颗粒阻垢剂由粘合剂、吸附剂、复方阻垢剂、缓释剂按照一定比例，经捏合机充分混合搅拌均匀后，经制丸机生产出相应粒径的固态丸体。其中复方阻垢剂为氨基三亚甲基膦酸固体或羟基乙叉二磷酸固体和2-磷酸基-1，2，4-三羧酸丁烷。自然晾晒后将未充分干燥的丸体浸入交联剂，喷洒缓释剂烘干得到需要的产品。本方法制备工艺简单，生产效率高，不容易破碎，作用效果时间长等优点。但阻垢剂抗压效果不好，难以支撑其在某些应用场合，比如油气田地层中，保持良好的理化性质。

油田阻垢剂及其制备方法(CN106380535A)公开了：一种多功能阻垢剂的制备方法，通过二甲基马来酸酐、烯丙基磺酸钠、甲基丙烯酸这三种单体在有机溶剂中共聚而成的阻垢剂，该阻垢剂合成工艺简单，反应条件温和，但是由于其为液态阻垢剂，会和金属离子在油田注水井口处产生大量络合物质，出现阻垢剂利用率低的情况。

一种可控长效缓释阻垢剂胶囊的制备方法(CN110157401A)公开了：一种固体阻垢胶囊的制备方法，通过装载阻垢剂、捏合并干燥、制备羧甲基纤维素溶液、聚合物与装载试样均匀混合、制备胶囊、制备聚乙烯醇分散液、胶囊外壁包覆壳层和干燥八个步骤。此类阻垢剂具有释放缓慢，阻垢时间长等优点。但是制备工艺复杂，合成成本较高。

具有较长期有效性和较好的阻垢剂利用率的新型阻垢剂是当今国内外的研究方向之一。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种阻垢剂缓释珠、制备方法和应用。

本发明是这样实现的:

本发明提供一种阻垢剂缓释珠，阻垢剂缓释珠由混合均匀的阻垢剂和水泥浆体、经干燥压模后制得，其中，阻垢剂缓释珠内阻垢剂的占比为60wt％-65wt％，水泥占比为35wt％-40wt％。

本发明还提供一种上述的阻垢剂缓释珠的制备方法，其包括：将粉状水泥和水混合搅拌得到水泥浆体，加入阻垢剂使阻垢剂包裹在水泥浆体中，再经干燥压模，制得阻垢剂缓释珠。

本发明还提供一种上述阻垢剂缓释珠在冷热水系统、输送管道、换热器、膜分离器以油气田层的水质阻垢处理中的应用。

本发明具有以下有益效果:

本发明提供一种阻垢剂缓释珠、制备方法和应用，阻垢剂缓释珠由阻垢剂和水泥浆体混合、经干燥压模后制得，其中，阻垢剂缓释珠内阻垢剂的占比为60wt％-65wt％，水泥占比为35wt％-40wt％。本发明中通过将阻垢剂包裹在水泥微球内，水泥赋予阻垢剂缓释珠更高的抗压强度，而且阻垢剂缓释珠的缓释效率与寿命稳定，长期有效性良好可以持续阻垢，具有明显的溶限效应。可在多种生产条件下使用，特别适合在高压强工作条件下，比如油气田地层中对水垢控制的使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例1的阻垢剂缓释珠的外观图；

图2为实施例1的阻垢剂缓释珠的扫描电子显微镜(SEM)图；

图3为实施例5的阻垢剂缓释珠在水中释放情况的实验结果。

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，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

本发明的目的在于提供一种阻垢剂缓释珠、制备方法和应用。这种阻垢剂缓释珠抗压性好，具有较高的缓释效率、较长的缓释寿命，并且合成方式简单，可以降低水垢处理的成本及风险，对常见的水垢均具有较好的阻垢效果。

为实现本发明的上述目的，特采用以下的技术方案。

第一方面，本发明实施例提供一种阻垢剂缓释珠，阻垢剂缓释珠由混合均匀的阻垢剂和水泥浆体、经干燥压模制得，其中，阻垢剂缓释珠内阻垢剂的占比为60wt％-65wt％，水泥占比为35wt％-40wt％。

为了解决目前阻垢剂的抗压强度低、利用率低和寿命短等问题，发明人经过长期的实践，提出了一种新型阻垢剂缓释珠，该阻垢剂缓释珠由混合均匀的阻垢剂和水泥浆体、经干燥压模制得，一方面，利用水泥的包裹作用，可以实现对阻垢剂的缓释和保护，不至于出现阻垢剂直接加入水中随水流流走损失的状况，更重要的是，干燥压模后使水泥浆体硬化，得到的阻垢剂缓释珠具有良好的抗压性能，水泥层的多孔结构也延长了阻垢剂的缓释时间，使其不仅能适合于高压条件下使用，而且延长了在高压工作条件的工作时间，达到长期有效持续阻垢的目的。

在可选的实施方式中，阻垢剂缓释珠的直径在0.4-1cm。

在可选的实施方式中，阻垢剂缓释珠的抗压强度为7-17MPa，优选为6-8MPa。

第二方面，本发明实施例还提供一种上述的阻垢剂缓释珠的制备方法，其包括：将粉状水泥和水混合搅拌得到水泥浆体，加入阻垢剂使阻垢剂包裹在水泥浆体中，再经干燥压模，制得阻垢剂缓释珠。

在可选的实施方式中，阻垢剂与水泥浆体的质量比为5:2.7-3.3；

优选地，水泥浆体由水泥与水按照质量比为5:1.8-2.2混合而得。

在可选的实施方式中，阻垢剂为有机磷类阻垢剂；

优选地，阻垢剂包括羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、二乙烯三胺五亚甲基膦(DTPMP)和氨基三亚甲基膦酸(ATMP)中的至少一种，更优选为羟基亚乙基二膦酸(HEDP)。

在可选的实施方式中，水泥为硅酸盐类水泥，优选为PI42.5水泥、PI32.5和PO42.5中的至少一种，更优选为PI42.5水泥。

在可选的实施方式中，还包括：在干燥压模前，将阻垢剂与水泥浆体的混合浆液充分搅拌、干燥得到胶状物；

优选地，干燥压模前，将阻垢剂加入水泥浆体中搅拌0.5-1h得到混合浆液，然后将混合浆液在70-80℃下燥3-4h形成胶状物；

更优选地，将混合浆液置于烘箱内进行干燥。

在可选的实施方式中，干燥压模步骤如下：将胶状物取出，倒入模具中进行压模定型，开模晾干，倒模制得阻垢剂缓释珠；

优选地，待混合浆液干燥至胶状取出，接着倒入模具中压模30-45min进行定型，开模在空气晾置24-28h，倒模制得阻垢剂缓释珠。

在可选的实施方式中，阻垢剂缓释珠的制备包括以下步骤：

将水泥与水按照质量比为5:2混合，搅拌30min直至形成水泥浆体，按照质量比为5:3将阻垢剂加入所得水泥浆体中，搅拌得到混合浆液；

将混合浆液置于70℃烘箱中干燥3h加速水泥的硬化；

待烘箱中混合浆液干燥至胶状取出，倒入小球模具中压模30min进行定型，开模在空气晾置24h，倒模制得阻垢剂缓释珠。

第三方面，本发明实施例提供一种上述阻垢剂缓释珠在冷热水系统、输送管道、换热器、膜分离器以油气田层的水质阻垢处理中的应用。

在可选的实施方式中，将阻垢剂缓释珠用于油气田地层的水质阻垢处理。

在可选的实施方式中，阻垢剂缓释珠的投加量为18000-20000mg/L,优选为18390mg/L。

以上本发明实施例提供的阻垢剂缓释珠具有制备工艺简单，具有寿命长，缓释效率等优点。缓释珠直径处于0.4至1cm之间，稳定性较好，抗压性好，可长期保持良好的阻垢效果。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

以下以阻垢剂为羟基亚乙基二膦酸(HEDP)为例进行说明。

实施例1

阻垢剂缓释珠的合成步骤如下：

(1)取9g水泥(型号:PI42.5)于干燥洁净的烧杯中，加入3.6g去离子水混合，用玻璃棒搅拌10min，完全混合形成浆液。

(2)取15.8g羟基亚乙基二膦酸(95％，分子量：MW：206.03)于干燥洁净烧杯中，待水泥与水混合均匀，加入到浆液中搅拌30min形成混合物。

(3)将混合浆液充分搅拌后，放入70℃的烘箱中干燥，加速水泥的硬化。

(4)待烘箱中混合浆液至胶状取出，倒入直径0.4cm或1cm的小球模具中压模30min使其定型，开模在空气晾置24小时后，倒模制成0.4cm或1cm阻垢剂缓释珠。

阻垢剂缓释珠的外观参见图1所示，阻垢剂缓释珠为光滑紧实的小球，对水泥阻垢剂缓释珠进行SEM分析，结果如图2所示，由图2可知，阻垢剂缓释珠内部为多孔结构。

实施例2

阻垢剂缓释珠的合成步骤如下：

(1)取9g水泥(型号:PI42.5)于干燥洁净的烧杯中，加入3.6g去离子水混合，用玻璃棒搅拌10min，完全混合形成浆液。

(2)取18g羟基亚乙基二膦酸(95％，分子量：MW：206.03)于干燥洁净烧杯中，待水泥与水混合均匀，加入到浆液中搅拌10min形成混合物。

(3)将混合浆液充分搅拌后，放入70℃的烘箱中干燥，加速水泥的硬化。

(4)待烘箱中混合浆液至胶状取出，倒入直径0.4cm或1cm的小球模具中压模30min使其定型，开模在空气晾置24小时后，倒模制成0.4cm或1cm阻垢剂缓释珠。

实施例3

阻垢剂缓释珠的合成步骤如下：

(1)取9g水泥(型号:PI42.5)于干燥洁净的烧杯中，加入3.6g去离子水混合，用玻璃棒搅拌10min，完全混合形成浆液。

(2)取11g羟基亚乙基二膦酸(95％，分子量：MW：206.03)于干燥洁净烧杯中，待水泥与水混合均匀，加入到浆液中搅拌10min形成混合物。

(3)将混合浆液充分搅拌后，放入70℃的烘箱中干燥，加速水泥的硬化。

(4)待烘箱中混合浆液至胶状取出，倒入直径0.4cm或1cm的小球模具中压模30min使其定型，开模在空气晾置24小时后，倒模制成0.4cm或1cm阻垢剂缓释珠。

实施例4

阻垢剂缓释珠的合成步骤如下：

(1)取9g水泥(型号:PI42.5)于干燥洁净的烧杯中，加入5g去离子水混合，用玻璃棒搅拌10min，完全混合形成浆液。

(2)取15g羟基亚乙基二膦酸(95％，分子量：MW：206.03)于干燥洁净烧杯中，待水泥与水混合均匀，加入到浆液中搅拌10min形成混合物。

(3)将混合浆液充分搅拌后，放入70℃的烘箱中干燥，加速水泥的硬化。

(4)待烘箱中混合浆液至胶状取出，倒入直径0.4cm或1cm的小球模具中压模30min使其定型，开模在空气晾置24小时后，倒模制成0.4cm或1cm阻垢剂缓释珠。

实施例5

性能表征实验

在室温25℃下将直径1cm的缓释珠放入300g去离子水中，并用磁力搅拌器以280转/分钟的转速搅拌，连续取样。

图3为1cm阻垢剂缓释珠在水中释放情况的实验结果，由图可知缓释珠阻垢剂的释放率最终达到90％以上，且在50小时后还在缓慢释放阻垢剂。试验结果表明，本发明实施例1所合成的阻垢剂缓释珠由于溶限效应，具有较为稳定的HEDP阻垢剂的释放浓度，能够保持良好的阻垢效果。

对比例1

采用不同于本发明实施例1中的包覆物，将水泥替换为石蜡，石蜡小球不能通过液体压力测试。

对比例2

与实施例1的步骤相似，不同之处仅在于：阻垢剂在缓释珠中的占比为66.7％，由于水泥占比过低，小球无法成型。

对比例3

与实施例1的步骤相似，不同之处仅在于：阻垢剂在缓释珠中的占比为55％，由于阻垢剂含量低，在水中释放效果比较差。

对比例4

与实施例1的步骤相似，不同之处仅在于：水在水泥浆液中的占比为35％，其需要干燥成型的时间过长。

由上述的实施例和对比例的实验结果可以看出，本发明实施例提供的阻垢剂缓释珠具有良好的成型性、抗压性，可以用于很多生产条件尤其是高压强工作条件下的水质阻垢处理中，当包覆层变成石蜡，将不能通过液体压力测试，当阻垢剂缓释珠中水泥或阻垢剂的相对含量太高或太低，也不能有效的发挥阻垢作用。

综上，本发明实施例提供了一种阻垢剂缓释珠、制备方法和应用。本发明利用粉状水泥加水搅拌形成水泥浆体，再加入阻垢剂使阻垢剂包裹在水泥浆体中，最后干燥压模使其硬化形成灰棕色缓释阻垢剂小珠，其中，缓释阻垢剂小珠内阻垢剂的占比为60wt％-65wt％，水泥占比为35wt％-40wt％。以上制备方法工艺简单、反应条件温和，所制备的阻垢剂缓释珠的缓释效率与寿命稳定，长期有效性良好可以持续阻垢，抗压性能好，具有明显的溶限效应，对于常见的碳酸钙、硫酸钡、磷酸钙等水垢具有较强的阻垢性能。因此，所制得的阻垢剂缓释珠可在多种生产条件下使用，包括冷热水系统、输送管道、换热器、膜分离器、油气田生产过程等，且特别适合在高压强工作条件下，比如油气田地层中，对水垢控制的使用。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阻垢剂缓释珠，其特征在于，所述阻垢剂缓释珠由混合均匀的阻垢剂和水泥浆体、经干燥压模制得，其中，所述阻垢剂缓释珠内阻垢剂的占比为60wt％-65wt％，水泥占比为35wt％-40wt％。

2.根据权利要求1所述的阻垢剂缓释珠，其特征在于，所述阻垢剂缓释珠的直径为0.4-1cm。

3.根据权利要求1或2所述的阻垢剂缓释珠，其特征在于，所述阻垢剂缓释珠的抗压强度为7-17MPa。

4.一种根据权利要求1-3中任一项所述的阻垢剂缓释珠的制备方法，其特征在于，其包括：将粉状水泥和水混合搅拌得到水泥浆体，加入阻垢剂使所述阻垢剂包裹在所述水泥浆体中，再经干燥压模，制得所述阻垢剂缓释珠。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述阻垢剂与所述水泥浆体的质量比为5:2.7-3.3；

优选地，所述水泥浆体由水泥与水按照质量比为5:1.8-2.2混合而得；

优选地，所述阻垢剂为有机磷阻垢剂，优选为羟基亚乙基二膦酸(HEDP)、二乙烯三胺五亚甲基膦酸(DTPMP)和氨基三亚甲基膦酸(ATMP)中的至少一种，更优选为羟基亚乙基二膦酸(HEDP)；

优选地，所述水泥为硅酸盐类水泥，优选为PI42.5水泥、PI32.5和PO42.5中的至少一种，更优选为PI42.5水泥。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，还包括：在干燥压模前，将阻垢剂与水泥浆体的混合浆液充分搅拌，再干燥得到胶状物的步骤；

优选地，干燥压模前，将所述阻垢剂加入所述水泥浆体中搅拌0.5-1h得到混合浆液，然后将所述混合浆液在70-80℃下燥3-4h形成胶状物；

更优选地，将所述混合浆液置于烘箱内进行干燥。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述干燥压模步骤如下：将所述胶状物取出，倒入模具中进行压模定型，开模晾干，倒模制得所述阻垢剂缓释珠；

优选地，待所述混合浆液干燥至胶状取出，接着倒入模具中压模30-45min进行定型，开模在空气晾置24-28h，倒模制得所述阻垢剂缓释珠。

8.根据权利要求1-3任一项所述的阻垢剂缓释珠或权利要求4-7中任一项所述制备方法制备得到的阻垢剂缓释珠在冷热水系统、输送管道、换热器、膜分离器以油气田层的水质阻垢处理中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，将所述阻垢剂缓释珠用于油气田地层的水质阻垢处理_。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述阻垢剂缓释珠的投加量为18000-20000mg/L。

Images