一种三元复合驱分子态垢控制剂及其制备方法

摘要

本发明涉及一种三元复合驱分子态垢控制剂及其制备方法。主要解决了油田三元复合驱采出后期油井举升系统采出液因高硅环境下分子态垢随着硅的沉积而沉积造成的检泵频繁、检泵周期短的问题。其特征在于：其原料及原料的质量百分比如下：丙烯酸甲酯15～30%、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5～9%、氢氧化钠5～10%、氯乙酸钠10～20%，乙二胺3～10%、乙烯基磺酸钠8～20%；甲醇30～50%，软化水14～20%。该三元复合驱分子态垢控制剂能够有效的解决油田三元复合驱采油过程中油井结垢问题，延长油井检泵周期。

说明书

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垢控制剂，特 别是一种三元复合驱分子态垢控制剂及其制备方法。

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，即pH值 大于10以上时，采出液中垢的成因发生了很大的变化，不但包括成 垢阳离子的成盐沉积，而且还出现了由于聚合物悬浮吸附的分子态垢 (碳酸盐、粘土矿物质等)在举升过程的脱附沉积。采出液体系中全 硅含量都超过1000mg/L，高硅、高聚合物环境下，使得三元复合驱 油井结垢速度更快，随着分子态垢的沉淀加速了硅垢的聚集沉淀，检 泵周期缩短(最短30天)，影响油井正常生产，增加现场施工难度。

发明内容：

为了解决背景技术中存在的油田三元复合驱采出后期油井举升 系统采出液因高硅环境下分子态垢随着硅的沉积而沉积造成的检泵 频繁、检泵周期短的问题，本发明提供一种三元复合驱分子态垢控制 剂，该三元复合驱分子态垢控制剂能够有效解决油田三元复合驱采油 过程中举升系统结垢卡泵问题，延长机采井检泵周期。本发明还提供 一种三元复合驱分子态垢控制剂制备方法。

本发明解决其问题可通过如下技术方案来达到：一种三元复合驱 分子态垢控制剂，其原料及原料的质量百分比如下：丙烯酸甲酯15～ 30％、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸5～9％、氢氧化钠5～10％、氯乙 酸钠10～20％，乙二胺3～10％、乙烯基磺酸钠8～20％；甲醇30～ 50％，软化水14～20％。

一种三元复合驱分子态垢控制剂的制备方法，包括以下步骤：

1)、室温下，将丙烯酸甲酯、乙二胺、乙烯基磺酸钠、甲醇按比例 投入反应釜(5)在搅拌的情况下混合均匀，室温反应24小时后逐渐 升高反应釜(5)温度到60℃，真空条件下反应1小时，继续升温到 80℃，真空条件下反应1小时，降至室温；

2)、将氯乙酸钠、软化水投入反应釜(5)，在搅拌的情况下逐渐升 高反应釜(5)温度到60℃，在搅拌的情况下混合均匀；

3)、将氢氧化钠配成30％溶液，置于一个高位槽b(2)；将氢氧化 钠配成10％溶液，然后加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，溶液 pH＝8.5～9.5，室温混合均匀后置于另一个高位槽c(3)中；

4)、同时开启2个高位槽即高位槽b(2)及高位槽c(3)的阀门， 开始滴加槽中液体，控制反应温度70～80℃，滴加时间1.0～1.5小 时，滴加完毕后，恒温反应4～4.5小时；

5)、由高位槽b(2)内通过阀门控制向反应釜滴加30％氢氧化钠溶 液，调节反应釜(5)内pH值＝11～12；

6)、反应结束后，冷却至50℃，由反应釜(5)釜底出料。

该三元复合驱分子态垢控制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结构；氯乙酸钠为产品提供羧基，对钙、钡具 有一定的螯合和空间阕位效应起到防垢作用；乙烯基磺酸钠、2-丙烯 酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和氯乙酸钠为产品提供磺酸基及产品 中的氨基和亚氨基，能够改变硅、钙垢微粒的变化性质，从而阻止垢 生长，从而起到防垢作用；氢氧化钠、甲醇作为催化剂，通过迈克尔 加成反应将丙烯酸甲酯和乙二胺合成为超支化结构分子。

该三元复合驱分子态垢控制剂的防垢机理：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分子态 垢，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， 使成垢阳离子失去与成垢阴离子成垢的机会；通过形成空间位阻，使 得垢晶格发生畸变，起到阻止(Ca/Mg/Ba)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益效果：该三 元复合驱分子态垢控制剂，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。该控制剂还可以用于地 面回油管线、掺水管线的硅垢的预防，降低回油压力。该控制剂的效 果较好，生产工艺简单易控，生产过程中无废物排放，生产达到了绿 色化。

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-高位槽a；2-高位槽b；3-高位槽c；4-高位槽d；5- 反应釜；6-冷凝器；7-化工泵a；8-化工泵b；9-加热棒；10-真空冷 凝器；11-真空缓冲罐；12-真空泵；13-混合釜。

具体实施方式：

下面将结合实施例及附图1对本发明作进一步说明：

所述的附图1是本发明三元复合驱分子态垢控制剂制备方法的 工艺流程图。包括四个高位槽，分别是高位槽a1、高位槽b2、高位 槽c3、高位槽4d，反应釜5，所述高位槽a1、高位槽b2、高位槽c3、 高位槽d4与反应釜5顶部连接；高位槽a1、高位槽b2还与混合釜 13连接；所述反应釜5顶部还连接冷凝器6、真空冷凝器10，真空 冷凝器10底部连接真空缓冲罐11，真空缓冲罐11罐顶连接真空泵 12，混合釜13釜底连接化工泵a7、化工泵b8；化工泵a7、化工泵 b8出口连接高位槽b 2、高位槽c3顶部；所述反应釜5连接加热棒 9。所述的反应釜5为间歇式夹套-蛇管不锈钢反应釜，反应釜温度采 用水-电加热棒控温，通过调节加热棒的开关组数及蛇管冷却水的阀 门的流量来调节温度，反应釜5顶部连接冷凝器6。

实施例1：

室温下，将120kg氢氧化钠溶于280kg软化水，用化工泵a7泵 入高位槽b2中；将300kg氢氧化钠溶于300kg软化水，然后加入300kg 2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，溶液pH＝9.2，室温混合均匀后用化工 泵b8泵入高位槽c3中；打开反应釜冷凝器6回流阀门，将50kg丙 烯酸甲酯、30kg乙二胺、100kg甲醇投入反应釜5中，启动反应釜5 搅拌，室温反应24h后，投入200kg乙烯基磺酸钠，启动反应釜5 电加热棒9开始加热反应釜5至60℃，打开真空阀门，关闭冷凝器6 回流阀门，启动真空泵12经过1h后关闭真空阀门，打开冷凝器6 回流阀门，加热反应釜5至80℃，打开真空阀门，关闭冷凝器6回 流阀门，启动真空泵1h后，反应釜5降温至30℃；将350kg氯乙酸 钠、200kg软化水投入反应釜5，在搅拌的情况下逐渐升高反应釜5 温度到70℃；同时开启上述两个高位槽即高位槽b2及高位槽c3的 阀门，开始向反应釜5中滴加槽中液体，控制反应温度70℃，滴加 时间1.0h，滴加完毕后，继续反应，过程中温度控制在70℃，继续 反应4.0小时；由高位槽b2内向反应釜滴加氢氧化钠溶液，调节反 应釜内pH值为11；反应结束后，冷却至50℃，出料，分装成桶。 测定产品对钙镁硅钡垢控制性能，抑制率为85.3％。

实施例2-实施例6步骤反复实施例1的步骤，具体数据见表1。

表1技术方案中各原料用量及生产过程控制参数表

说明：表1中高位槽1中软化水用于配置氢氧化钠溶液和AMPS 钠盐溶液。通过加热棒9及冷却水进水和回水来调节反应釜5温度。

上述实施例所使用的原料化学品皆为市售。

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。

控制率的测定：

用移液管移取5ml A溶液于容量为250ml的具塞锥形瓶中，再加 入195ml B溶液，盖紧瓶塞，充分摇匀，此溶液为空白溶液0。

用移液管移取5ml A溶液于容量为250ml的具塞锥形瓶中，再加 入195ml B溶液，置于空气温度为50℃±1℃的电热鼓风干燥箱中恒 温10min后，加入1.8ml C溶液，充分摇匀，盖紧瓶塞，摇匀，此溶 液为加药溶液1。

用移液管移取5ml A溶液于容量为250ml的具塞锥形瓶中，再加 入195ml蒸馏水，盖紧瓶塞，充分摇匀，此溶液为D溶液。

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，放入30℃的水浴中冷却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：

$E_f=\frac{C_1-C_0}{C_D-C_0}\times 100\%$

式中：

E_f—控制率，％；

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；

通过该公式测得上述实施例1-6中控制率分别为85.3％、80.4％、 82.4％、84.1％、83.2％、81.6％，对钙、镁、钡、硅垢的控制率在80％ 以上。