摘 要

目前我国大部分油田已开始实施三次采油技术及复合驱油技术,由于驱油剂偏碱性，其在地层粘土接触时使其中硅酸盐部分溶于驱油剂中的水相，在输送的过程中由于体系pH降低而形成硅酸或二氧化硅结垢沉积于管网内壁，导致生产无法正常进行，因此研制出一种新型的油田用硅垢阻垢剂成为一项重大课题。

本文采取溶液自由基聚合的方法，选择丙烯酸(AA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)以及对苯乙烯磺酸钠(SSS)三种单体合成阴离子型三元共聚物阻垢剂，同时选择了丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)以及聚（乙二醇）甲基丙烯酸酯（PEGs）三种单体合成阳离子型三元共聚物阻垢剂。

使用分光光度计对两种不同聚合物的阻垢性能进行评价。结果表明，当两种聚合物加量相同（均为15ppm）时，阻垢剂的阻垢性能较好，且阳离子型聚合物的阻垢效果比阴离子型聚合物较好。

关键词：硅阻垢剂；丙烯酸；2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸；对苯乙烯磺酸钠；丙烯酰胺；甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；聚（乙二醇）甲基丙烯酸酯

Abstract

At present most of oil fields in our country has begun the implementation of three oil extraction technology and ASP flooding technology. Due to its alkaline, the silicate partly will dissolve in the aqueous phase of the oil displacement agent when it meets clay. In the process of delivery, due to the lowering of the pH of the system, the formation of silicate or silica node scale deposition on the inner wall of the pipe will fill in the network, leading unnormal production. Thus, developing a kind of new oil fields with silicon scale agent becomes a major issue.

In this paper, after taking a radical solution polymerization method, we selected acrylic acid (AA), 2- acrylamide-2-methyl propane sulfonic acid (AMPS) and the styrene sulfonate (SSS) as three monomers to synthesize anionic terpolymer scale inhibitor. In addition ,we also selected acrylamide (AM), methacryloyloxyethyl trimethyl ammonium chloride (DMC) and 2-acrylamide-2-methyl propane sulfonic acid (AMPS) as three monomers to synthesize cationic terpolymer scale inhibitor.

The performance of two different polymers were evaluated by using a spectrophotometer to investigate the light transmission of their solution. When two polymers plus the same amount (both 15ppm), the performance of the two kinds of scale inhibitor are good. What’s more,the scale inhibition ratio of cationic polymer is preferably than anionic polymers.

Key Words：silicon inhibitor; acrylic acid; 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid; styrene sulfonate; acrylamide; methacryloyloxyethyl trimethylammonium chloride；poly(ethylene glycol) methacrylate

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2油田垢的危害 2

1.3硅垢及硅阻垢剂 3

1.3.1影响硅垢形成的因素 3

1.3.2硅阻垢剂的类型 4

1.3.3硅垢结垢机理 5

1.3.4阻垢剂的作用机理 5

1.3.5硅垢阻垢剂的评价方法 6

1.4硅垢阻垢剂的研究进展状况与发展 7

1.4.1国外阻垢剂的研究进展 7

1.4.2国内阻垢剂的研究进展 8

1.5面临的问题 9

1.6本文的主要研究内容 9

1.7本文的研究方法及技术路线 9

第2章 实验部分 10

2.1实验仪器与药品 10

2.2实验部分 11

2.2.1阻垢剂的合成 11

2.2.2阻垢剂的分离提纯 11

2.2.3阻垢剂的红外表征 12

第3章 阻垢剂性能的评价 14

3.1实验仪器与药品 14

3.2标准溶液的配制 14

3.2.1 1 1盐酸溶液 14

3.2.2 草酸溶液 15

3.2.3 钼酸铵溶液 15

3.2.4 硅酸钠水溶液 15

3.2.5 阻垢剂水溶液 15

3.2.6 PEG水溶液 15

3.2.7 硅酸钠标准溶液 15

3.3波长的选择 15

3.4溶液透光率的测定 16

3.4.1阻垢剂透光率实验 18

3.4.2阻垢剂与PEG对照实验 19

3.4.3不同阻垢剂效果的比较 20

3.5扫描电镜测试..................................................................................................20

3.5.1扫描电镜的工作原理...........................................................................20

3.5.2扫描电镜图像.......................................................................................21

第4章 结论 22

参考文献 23

致 谢 25

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

众所周知，我国是一个能源大国，对各种不可再生及可再生能源的需求量居世界前列。据调查显示，自2004年起，我国对石油的需求量跃居世界第二位。随着我国陆上油田开发进入中后期采用注水开采法（二次采油）已经难以进行下去。目前我国大部分油田已开始实施三次采油技术及复合驱油技术，其中大庆油田开始进行三元（弱碱/表面活性剂/聚合物复合水溶液）复合驱，驱油剂的pH通常调到9～10。由于驱油剂偏碱性，其在地层粘土接触时使其中硅酸盐部分溶于驱油剂中的水相，在输送的过程中由于体系pH降低而形成硅酸或二氧化硅结垢沉积于管网内壁，导致生产无法正常进行，而对硅酸或二氧化硅垢目前还没有快速有效的除去方法，因此，研制开发硅酸或二氧化硅垢的阻垢剂成为世界各国争相研究的新课题。

硅是自然界中含量最丰富的元素之一。因此，它存在许多形式并不奇怪。反渗透进水中发现三种最常见的形式是单体硅，聚合态硅和硅酸盐。单体二氧化硅，硅酸盐(Si(OH)₄)通常被描述为“溶解”或“反应性”的二氧化硅。这种形式的硅可以与钼酸盐发生特征杂多蓝反应，可用于分析测试。聚合硅在水处理系统中遇到的最常见的两种形式是细胞和胶体。硅酸盐是由单体硅或者聚合态硅与各种阳离子沉积形成的，其中最常见的是镁离子^[1-3]。硅酸镁（MgSiO₃）是一种比较难处理的硅垢。它会形成一种密集态，因此很难去除。硅酸镁沉淀的形成在很大程度上取决于溶液的pH值和温度。当RO系统运行在pH值为9时，由于存在氧化镁和硅酸根离子，很容易形成硅酸镁。虽然通常被称为MgSiO₃。硅酸镁被认为是由水处理系统中由于产生了包含镁和二氧化硅的各种化学混合物而形成的，其产生是一个多步骤的过程。第一步是形成氢氧化镁(Mg(OH)₂)，氢盐硅酸盐阴离子单体和/或聚合硅形成硅酸镁的反应；其他如氢盐的钙、锶、钾、钠也能够与二氧化硅发生反应，但是产物的溶解度更大，因此不太可能形成沉积膜。