摘 要

三元复合驱驱油体系在采油过程中因为碱的存在而易形成硅垢的问题越来越成为人们关注的焦点，由于油田垢对于油田系统的危害较大，故解决三元复合驱驱油体系的结垢问题具有意义。本文采取化学防垢的方法，分析了硅垢形成的原因、阻垢机理以及官能团的作用等方面后，结合具有特殊分子链结构的两性离子聚合物，选择通过合成一种能阻止硅酸聚合两性离子聚合物来作为阻垢剂，达到防垢除垢的效果。

本文主要探究了两性离子聚合物的合成方法和所合成的两性离子聚合物是否具有阻止硅酸聚合的能力。选择了组氨酸和烯丙基溴上为原料通过相转移反应合成N-烯丙基组氨酸，并以所合成的作为聚合单体，通过水溶液自由基聚合反应合成一种能有效阻止硅酸聚合的两性离子聚合物。

我们使用硅钼蓝分光光度法对聚（N-烯丙基组氨酸）的阻垢性能进行评价。测试中聚（N-烯丙基组氨酸）的含量为100ppm，对比不加聚（N-烯丙基组氨酸）的硅标准溶液，判断其具有一定的阻垢效果。

关键词：硅垢，阻垢剂，两性离子聚合物，组氨酸，烯丙基溴，分光光度法

Abstract

Due to the presence of alkali, ternary composite flooding system in the process of oil recovery is easy to happen the problem that oil field system will fouling silicon scale, more and more people focus on this problem because the oil field scale is more harmful to the oil field system, so the fouling problem of the ternary composite flooding system be solved is meaningful. In this paper, we use chemical anti-scaling method, analysis the reasons of the formation of silicon scale, explore the scale inhibition mechanism and the role functional groups play in the reaction, etc. We combined with the zwitterionic polymer which have special molecular chain structure, thought synthesizing a zwitterionic polymer which can prevent silicic acid polymerization, this polymer used as a scale inhibitor, to achieve the effect of anti-fouling.

This paper mainly explores the synthesis of zwitterionic polymers and whether the synthetic zwitterionic polymers have the ability to prevent the polymerization of silicic acid. N-allyl histidine was synthesized by phase transfer reaction which histidine and allyl bromide used as the raw materials, and N-allyl histidine is carried out by free radical polymerization of aqueous solution, it is the zwitterionic polymers and used to prevent silicic acid polymerization.

 We used silicon molybdenum blue spectrophotometry to evaluate the scale inhibition performance of poly (N-allyl histidine). The content of poly (N-allyl histidine) in the test is 100 ppm, and it is judged that it has a certain scale inhibition effect by comparing the standard solution of silicon with no poly (N-allyl histidine).

Key Words：Silicon scale, scale inhibitor, zwitterionic polymer, histidine, allyl bromide, spectrophotometric method

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 三元复合驱驱油技术 1

1.3油田垢 2

1.3.1 油田垢的危害 2

1.3.2油田垢的形成原因 2

1.4 硅阻垢剂 3

1.4.1硅阻垢剂的类型 3

1.4.2阻垢剂的作用机理 4

1.4.3国内外阻垢剂的研究进展 4

1.4.4硅垢阻垢剂阻垢性能的评价方法 5

1.5两性离子聚合物 6

1.5.1 两性离子聚合物的特点 6

1.5.2 两性离子聚合物在油田开发及阻垢剂的应用 6

1.6本文的研究方法及技术路线 7

第二章 实验部分 9

2.1实验仪器与药品 9

2.2单体的合成 10

2.2.1原料的精制 10

2.2.2单体的合成与分离 10

2. 3单体结构式的确定 11

2. 4单体的聚合 14

第三章 阻垢剂性能的评价 15

3.1实验仪器与药品 15

3.2标准溶液的配制 15

3.2.1 盐酸溶液 15

3.2.2 草酸溶液 15

3.2.3 钼酸铵溶液 16

3.2.4 抗坏血酸溶液 16

3.2.5 硅标准溶液 16

3.3波长的选择 16

3.4溶液吸光度的测定 17

第四章 结论与展望 19

4.1结论 19

4.2展望 19

参考文献 20

致 谢 22

第一章 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。目前，世界上原油开采过程一般分为三个阶段：第一个阶段，利用原油在地层中具有的原始压力使原油自然喷发采出，原油的采收率大概为15%；第二个阶段，是在原油自喷之后，利用水驱的方法，即通过注水井将水注入地层来维持地层压力开采原油，称之为二次采油，原油的采收率大概为15~20%；第三个阶段，随着原油开采的不断深入，在二次采油之后地层残余原油依然约有60~70%未被开采出来。^[1]要将剩余的石油地质储量进一步开发，必须借助新的石油开采技术。三次采油是油田进一步开采剩余石油储量重要途径之一，其中三元（弱碱/表面活性剂/聚合物）复合驱是三次采油的重要手段，其驱油剂的pH通常调到9~10。由于驱油剂偏碱性，其在与地层粘土接触时使硅酸盐部分溶于水相中，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，影响生产的正常进行。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。

1.2 三元复合驱驱油技术

三元复合驱驱油技术（ASP）是20世纪80年代初由国外学者在二元复合驱驱油技术的基础上开发了一种新型采油技术，是三次采油的一种重要手段。ASP 三元复合体系由碱（Alkali）、表面活性剂（Surfactant）和聚合物（Polymer）按适当比例混合组成。三元复合驱驱油技术相比于二元复合驱驱油技术，引入大量廉价的碱取代价格比较昂贵的表面活性剂，由于碱起到了降低油水间界面张力、乳化和增大表面活性剂界面活性的作用，不仅使三元复合驱驱油技术拥有碱驱驱油技术的高驱油效率的优势，还综合了聚合物驱驱油技术的降低吸附滞留损失、扩大波及系数、增强驱油效果的特点。^[2]

大庆油田在“九五”期间在采油四厂的杏五区、杏二区，采油一厂的中区西部、北一断西等试验区开展了三元复合驱驱油技术的先导性矿场试验，确定三元复合驱驱油技术的技术优势，并进行了三元复合驱驱油技术的扩大性矿场试验。1998年大庆油田进行了世界上第一个三元复合驱工业性试验。2012 年，大庆油田的产油量上升至1368 万吨，使得三元复合驱被确定为大庆油田持续稳产的主要接替技术，将取代聚合物驱对一类油层进行开采，二类油层进行推进，整体规划油田最大可开采量。^[1-2]

1.3油田垢

1.3.1 油田垢的危害

原油采油率的提高导致油田系统的结垢问题变得越来越严峻，严重影响了油田系统正常的采油工作，同时也给油田公司带来了巨大的经济损失。因此如何防止油田系统的结垢已经成为人们重点关注的问题。油田垢的危害大概有以下五条^[3]：