产水气井碳酸钙阻垢剂分子模拟研究

为了解决西南油气田分公司磨溪气田龙王庙组地层水矿化度高、结垢离子多导致油管经常发生碳酸钙结垢堵塞的问题,采用分子动力学模拟阻垢剂与钙离子和碳酸根离子相互作用过程,分析阻垢剂阻止碳酸钙垢的机理。在不同温度条件下分别模拟了水溶液中三聚磷酸钠和羧甲基葡聚糖阻垢剂阻止钙离子与碳酸根离子生成碳酸钙垢的过程,明确了阻垢剂与结垢离子的作用方式、阻止机理。分子模拟结果表明:碳酸钙垢的生成主要以钙离子或碳酸根离子为中心,钙离子与碳酸根离子相互吸引,当结垢阴阳离子距离达到0.25 nm后就会生成碳酸钙分子,碳酸钙分子不断聚集形成晶体,温度越高越容易结垢;阻垢剂的阻垢机理是阻垢剂的阴离子对钙离子吸引力更大,从碳酸根离子与钙离子在距离为0.25 nm的结合概率降低可以得到证明,溶液中阻垢剂阴离子之间相互排斥,垢分子与离子相对分散,碳酸钙无法聚集形成晶体;三聚磷酸钠阻垢剂的阻垢效果比羧甲基葡聚糖(CMD)阻垢剂更好,温度越高垢分子的生成概率越低,三聚磷酸钠最大概率密度比羧甲基葡聚糖(CMD)阻垢剂的小0.415倍;三聚磷酸钠阻垢剂阴离子负价高,相互排斥,造成溶液中所有阴阳离子更分散,垢分子难以聚集形成碳酸钙晶体;采用该分子模拟方法可以筛选适合的阻垢剂。

一种新型绿色荧光阻垢剂的制备与研究

由姜黄素(Cur)、马来酸酐(MA)和对苯乙烯磺酸钠(SSS)合成了一种绿色荧光阻垢剂聚(马来酸酐-对苯乙烯磺酸钠)接枝姜黄素(PMS-g-Cur聚合物)。利用傅立叶红外光谱仪(FTIR)对PMS-g-Cur的结构进行了表征,成功合成了目标产物。采用荧光光谱仪对其进行分析,荧光光谱显示PMS-g-Cur有望实现在线检测。静态阻垢实验表明,在70℃时,PMS-g-Cur阻CaSO4垢的效率可达到99.5%,阻CaCO_(3)垢的效率可达到82.8%。此外,还讨论了阻垢剂浓度、温度、pH值和矿化度对阻垢性能的影响,结果显示,阻垢剂具有一定的耐高温和耐盐性能。

基于工业物联网的地热井阻垢剂加注装置研制

为解决西藏地区高温地热井结垢问题,该文研制了一套基于工业物联网的阻垢剂加注装置,设计了五层架构:现场层、控制层、操作层、管理层、企业层。现场层、控制层、操作层为本地系统,基于S7-1200、触摸屏、WinCC界面实现阻垢剂加注现场监控,并通过西门子工业网关(IoT 2050)向云服务器传输加注压力、流量、深度等生产数据。管理层、企业层为远程系统,通过生产执行系统(MES)监控多个地热井的阻垢剂加注装置,进行多井联产管理。该装置在西藏谷露某地热井进行现场测试,阻垢剂加注流量调节范围可达0~60 L/h,压力0~2.5 MPa,深度0~300 m,可以满足实际需要。

延长油田低渗油藏分层注水缓蚀阻垢剂的制备及性能研究

本文以丙烯酸(AA)、顺丁烯二酸钠(MAH-Na)、乙烯吡咯烷酮(NVP)及自合成的季铵化咪唑啉(QIM)为单体,采用偶二异丁眯盐酸盐(V50)紫外光引发体系合成了四元共聚缓蚀阻垢剂。通过正交实验筛选出最佳单体配比为18∶6∶3.5∶2.5,结合静态结垢实验、动态腐蚀实验以及分子量测试得出最佳合成条件为:V50加量为0.6wt%、反应时间为8h、单体浓度为35wt%,此最佳条件合成的缓蚀阻垢剂的缓蚀率达86.1%,CaCO_(3)阻垢率达91.2%,CaSO_(4)阻垢率达96.1%,BaSO_(4)阻垢率达73.2%,各项性能优于市场采购的单一功能缓蚀剂与阻垢剂。

阻垢剂在低温多效海水淡化装置中的工业化应用

目前我国低温多效海水淡化水处理药剂基本为国外公司垄断,价格昂贵。国产海水淡化阻垢缓蚀剂也正在突破瓶颈,质量、性能日渐成熟,但是缺乏统一、完善系统的方法验证,同时缺乏大型海水淡化工程考核验收平台,导致海水淡化水处理药剂价格居高不下。为打破国外垄断,提升我国海水淡化药剂自主创新能力和核心竞争力,并降低药剂使用成本,采用2.5万t/d低温多效海水淡化装置,开展了SD210阻垢剂在工业化试验装置中应用研究。试验结果表明:在为期2个月的试验期内,在SD210投加质量浓度为4~8 mg/L条件下,装置运行安全、平稳,无明显结垢和腐蚀现象;且海水淡化装置产品水水质优于《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)所规定的指标要求。综上,SD210阻垢性能良好,能满足低温多效海水淡化装置使用要求。

ZCUP-3新型阻垢剂研究与应用

近些年,随着镇原油田的持续开发,注水时间增长,致使井筒自然结垢速度加快,结垢井数逐年上升,主要集中在镇252、镇287、镇277及镇28等区块,垢型主要以碳酸钙为主。经现场试验,现有4种阻垢剂对碳酸钙垢未产生良好的效果,因此基于垢型分析,实际生产数据等,研制出ZCUP-3新型阻垢剂。目前ZCUP-3阻垢剂在三个区块共计154口井投加,结垢速率由3.14 mm/a下降至1.41 mm/a,平均延长检泵周期184天,结垢导致检泵共减少48井次,实验结果良好。本文从该化学药剂成分入手,揭示其阻垢机理,并结合投加前后作业起出管柱情况进行了试验效果分析及经济效益评价。

多元共聚物阻垢剂的合成及性能研究

以马来酸酐(MA)和聚乙二醇400(PEG400)为原料,通过酯化反应合成了聚醚单体(PEGDMA)。以PEGDMA、MA和2-丙烯酰胺-2-甲基丙基磺酸(AMPS)为单体,通过自由基聚合法合成了PEGDMA-MA和PEGDMA-MA-AMPS共聚物。对单体阻垢剂和聚合物阻垢剂进行了表征,并用傅里叶变换红外光谱、核磁共振氢谱和凝胶渗透色谱对阻垢剂进行了表征。

膜阻垢剂及其阻垢机理研究新进展

由于水资源紧缺的问题,反渗透膜处理技术发展迅速。膜阻垢剂因能减缓膜组件的结垢、提高水净化效率,因而被广泛应用于反渗透膜处理技术。常见的膜阻垢剂有磷酸盐类、阴离子聚合物类、阳离子聚合物类以及绿色阻垢剂等,一般认为它们可以通过螯合、分散、晶格畸变等作用或阈值效应阻碍或缓解垢的形成。树枝状聚合物膜阻垢剂具有优异的阻垢性能,与其结构相似的球形聚电解质刷作为一种刷状聚合物膜阻垢剂也在膜处理领域中崭露头角。深入研究新型膜阻垢剂的阻垢机理可为设计开发针对性强、经济环保的高效阻垢产品奠定理论基础。

阻垢剂和CO_(2)对J55钢在油田模拟采出水中腐蚀行为的影响

通过浸泡腐蚀和电化学腐蚀测试,研究了J55钢在不含阻垢剂和CO_(2)、只含CO_(2)、只含阻垢剂和同时含阻垢剂和CO_(2)条件下的油田模拟采出水中的均匀腐蚀和点腐蚀行为。结果表明:在不含阻垢剂和CO_(2)条件下,J55钢的均匀腐蚀速率较低,最大点蚀速率最高;相较于不含阻垢剂和CO_(2)条件,只含CO_(2)条件下该钢的均匀腐蚀速率升高,但最大点蚀速率降低,只含阻垢剂条件下该钢的均匀腐蚀速率和最大点蚀速率均降低;在同时含CO_(2)和阻垢剂条件下,该钢的均匀腐蚀速率最高,最大点蚀速率较不含阻垢剂和CO_(2)条件有所降低。当体系中存在CO_(2)时,该钢表面主要生成CaCO3或CaMg(CO3)2结垢物。同时含CO_(2)和阻垢剂条件下,阻垢剂能抑制结垢过程,改变腐蚀产物膜和结垢物的结构,失去对基体的保护作用。

钇锆双金属MOFs对有机膦阻垢剂HEDP的吸附研究

采用溶剂热法首次合成了新型钇锆双金属有机框架(YZr-MOF)吸附材料,并对其结构和表面性质进行了表征,研究了YZr-MOF对有机膦阻垢剂羟基亚乙基二膦酸(HEDP)的吸附行为和性质。实验结果表明,YZr-MOF呈现出大小均匀的球形颗粒结构,比表面积为912.862 m^(2)/g;在298 K时,YZr-MOF理论最大吸附量为66.293 mg/g(以P计)。吸附过程符合准二级动力学和Langmuir模型,吸附过程为吸热过程,温度升高有利于YZr-MOF吸附HEDP。在吸附实验中,YZr-MOF的最佳质量浓度为0.2 g/L;YZr-MOF在较宽的pH范围内有着良好的稳定性,并且经过6次循环后,仍保持显著的吸附率。结合相关实验和FTIR、XPS的表征结果表明,静电作用和配体交换为主要吸附机理。

天然气净化厂循环水系统无磷缓蚀阻垢剂研究与应用

目的在无磷缓蚀阻垢剂研发过程中,以聚环氧琥珀酸(PESA)与三元共聚物等为主要原料复配进行配方筛选。方法通过旋转挂片腐蚀实验、静态阻垢实验对无磷缓蚀阻垢剂进行适应性评价和研究。结果通过现场监测,该无磷缓蚀阻垢剂取得了良好的缓蚀阻垢效果,腐蚀速率控制低于0.075 mm/a。同时,对实验前后循环水细菌进行测定,结果呈现持续降低的趋势,水体富营养化程度降低,说明无磷配方对系统细菌控制具有积极的作用。结论室内研究及现场试验结果均证实该缓蚀阻垢剂体系在中、低硬度水质下具有优异的效果,能够保障天然气净化厂循环水系统的稳定运行。

接枝不同种类氨基酸对聚天冬氨酸阻垢剂阻垢性能的影响

在油田生产过程中结垢问题给油田企业带来巨大损失。常见的处理结垢的方法大致分为物理法、工具法和化学法。采用物理法、工具法处理结垢问题存在费用高、垢物清除效率低等缺陷,化学法因其操作简单、用量少、效果好等优点而被广泛采用。近年来,随着人们对环境保护意识的增强,聚天冬氨酸类阻垢剂被广泛研究。以马来酸酐和碳酸铵为原料合成了聚琥珀亚酰胺(PSI),在此基础上接枝丝氨酸、谷氨酸、酪氨酸并研究其阻垢性能。结果表明:谷氨酸接枝改性聚合物(GUL-PASP)阻垢效率为100%,具有优异的阻垢性能。

磷酸盐型阻垢剂的合成及其阻垢机理研究

使用亚磷酸(H_(3)PO_(3))和三氯化磷(PCl_(3))为原料分别合成PC-DETPMP和PA-DETPMP两种磷酸盐型阻垢剂,并使用一种商用磷酸盐型阻垢剂作为参照。合成样品的核磁共振磷谱表明,由H_(3)PO_(3)合成的PC-DETPMP比由PCl_(3)制备的PA-DEPMP含有更少的磷杂质,这可能是由于PCl_(3)的不完全水解所致。在一种高矿化度地层水中评估了3种磷酸盐型阻垢剂对CaSO_(4)的阻垢效率,并对比其在不同阻垢剂加量和pH值条件下的阻垢性能。结果表明,阻垢性能:PC-DETPMP>CP-DETPMP>PA-DETPMP。为进一步研究其阻垢机理,本文使用离子色谱法测定溶液中SO_(4)^(2-)浓度计算阻垢率,并研究其阻垢行为与时间的关系。在动力学实验中,阻垢剂随时间的延长其性能趋于平稳,以此推测本文磷酸盐型阻垢剂以其分子吸附机制为主。

MA/AA/DETA三元共聚物缓蚀阻垢剂的制备及机理研究

以马来酸酐(MA)、丙烯酸(AA)、二乙烯三胺(DETA)为单体,过硫酸铵为引发剂合成了MA/AA/DETA三元共聚物缓蚀阻垢剂。通过正交实验确定的优化条件为:m(MA)∶m(AA)∶m(DETA)=10∶14∶5,反应温度(80±5)℃,反应时间6 h,阻垢率大于80%,缓蚀率大于85%。利用静态结垢法、SEM扫描电镜、动态腐蚀仪和电化学工作站评价缓蚀阻垢剂的缓蚀阻垢机理,结果表明:阻垢机理主要有螯合作用、分散作用、晶格畸变作用,通过共聚物吸附在金属表面形成保护膜,减少腐蚀因素与金属表面的接触。

多基团低磷共聚物阻垢剂的合成及性能研究

采用过硫酸铵作为引发剂,以马来酸酐(MA)、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)和次磷酸(HPA)为单体,合成一种新型低磷共聚物阻垢剂MA-AMPS-HPA,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)和X射线粉末衍射(XRD)与静态阻垢试验,分析了该共聚物的结构对CaCO_(3)生成的影响及阻垢性能。结果表明,阻垢剂适宜的制备条件为:单体配比n MA∶n AMPS∶n HPA为1∶0.8∶0.4,引发剂用量为10%(w),反应温度为90℃,反应时间为10 h。在未添加抑制剂的情况下,CaCO_(3)结晶主要以六面体方解石晶型为主,并含有少量文石晶型。添加MA-AMPS-HPA后,CaCO_(3)结晶为方解石、文石和球霰石混合物,表明该低磷共聚物对方解石的形成具有一定抑制作用。MA-AMPS-HPA的阻垢性能最高可达94.82%,优于PASP和PESA阻垢剂20%以上,阻垢性能几乎接近含磷阻垢剂HEDP、PBTCA和ATMPA。

生物质制盐阻垢剂OI-PESA的制备及其性能研究

以菊粉(GFn)为原料,经氧化制得氧化菊粉(OI),将其与聚环氧琥珀酸(PESA)复配得阻垢剂OI-PESA,通过控制变量法探讨了氧化条件、质量比、体系环境等因素对阻垢性能的影响。实验结果显示:当氧化温度为25℃,质量比m(OI):m(PESA)为1:4时,制得的阻垢剂效果较好,投加量为40mg/L时,在制盐体系中的阻垢率为96.1%,适用于高盐、高碱、高硬度体系中。表征结果显示,阻垢剂可使CaCO_(3)垢的晶体形貌尺度变小,从稳定的方解石变成亚稳态的球霰石,说明阻垢剂OI-PESA具有较好的协同增效作用。

不同阻垢剂官能团对脱硫石膏结晶的影响

为评价不同循环水阻垢剂成分对脱硫石膏品质的作用,选用含特定官能团的6种单一成分阻垢剂进行成核试验和生长试验,研究其对石膏结晶过程的影响。成核试验中,含磺酸基阻垢剂使石膏结晶诱导时间缩短3.2%,磺酸基提高硫酸钙过饱和度,有利于石膏成核。含膦酸基和羧基阻垢剂使石膏结晶诱导时间延长6.5%~45.2%,抑制石膏成核。生长试验中,含磺酸基阻垢剂使石膏粒径减小30.3%,细碎石膏结晶增多。含膦酸基和羧基阻垢剂使石膏粒径增大21.5%~72.6%,石膏形貌发生畸变,出现片状孪晶。膦酸基和羧基主要通过吸附作用使石膏特定位置生长速率改变,使石膏发生畸变,有利于石膏生长。因此,含羧基官能团的阻垢剂对石膏品质负面影响最小,更适合作为全厂废水零排放背景下的循环水阻垢剂。

有机硅三元共聚物阻垢剂的制备及性能评价

以环氧琥珀酸、乙烯基三乙氧基硅烷和丙烯酸为原料,偶氮二异丁腈为引发剂,通过共聚反应合成了有机硅三元共聚物(EAVT)阻垢剂。探讨了聚合反应条件对EAVT阻钙垢性能的影响,并对EAVT对单一垢及复合垢的阻垢性能进行了评价。结果表明,较佳合成条件为反应温度65℃、反应时间4 h、引发剂用量6%、环氧琥珀酸、丙烯酸与乙烯基三乙氧基硅烷物质的量之比0.8∶1∶0.8。当EAVT用量为100 mg/L时,其对某油田地层水中钙镁垢和钡锶垢的阻垢率分别为88.28%和87.26%。

低温多效蒸馏海水淡化无磷阻垢剂复配研究

选取开发合成的AA-AM-HPA(丙烯酸-丙烯酰胺-丙烯酸羟丙酯)三元共聚物及几种单剂进行无磷阻垢剂复配试验,模拟LT-MED(低温多效蒸馏)低温负压蒸发环境进行动态试验,并考察阻垢剂的缓蚀性能,通过电化学测试和SEM(扫描电子显微镜)探究阻垢缓蚀机理。结果表明:MA-AA(马来酸-丙烯酸共聚物)和AA-AM-HPA以质量比2:1比例复配时效果最好,静态阻垢率达78.50%,在67℃浓缩2倍海水情况下HA177-2铝黄铜的腐蚀速率为0.127 mm/a。动态模拟试验结果显示,加药量为5 mg/L时,复合阻垢剂的钙和硫酸钙阻垢率分别达70.45%和89.71%,优于所选商品阻垢剂。电化学测试和SEM结果表明阻垢机理主要为晶格畸变作用,缓蚀机理属于混合型,主要抑制阳极反应。因复合药剂存在溶限效应,综合考虑阻垢缓蚀性能和经济性,建议加药量为5—10 mg/L。

矿井水反渗透系统阻垢剂成分与阻垢机制

矿井水反渗透浓水中阻垢剂可以抑制Ca^(2+)、Mg^(2+)结晶沉淀导致双碱法投药量高、除硬效果差,影响后续蒸发结晶分盐效果.探究反渗透系统中阻垢剂成分及阻垢机制是实现Ca^(2+)、Mg^(2+)脱稳、解决深度除硬与零排放问题的关键.本文首先测定反渗透浓水水质条件,通过超滤分级、傅里叶红外光谱(FT-IR)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和三维荧光光谱(EEM)分析得出溶解性有机物主要为分子量<3 kDa且含有羧基、醇/酚羟基与不饱和烃结构的微生物代谢产物和类腐殖酸物质;根据13C和31P核磁共振(NMR)谱化学位移特征(甲基碳、季碳和C—PO_(3)H_(2)结构),确定阻垢剂主要成分为羟基乙叉二膦酸(HEDP);吸附去除88.55%总磷和38.86%COD后,双碱滴定结果表明,Ca^(2+)沉淀完全所需CO^(2)_(-3)的投加量从2845.8减少至826.8 mg·L^(-1),表明HEDP主要阻止Ca^(2+)结晶成垢;重新利用HEDP复配,CO^(2)_(-3)投加量仅增加至1626.3 mg·L^(-1),说明吸附去除的部分有机物具有一定分散作用,可以抑制溶液中Ca^(2+)结晶团聚.HEDP与溶解性有机物的协同阻垢机制,为矿井水反渗透浓水中Ca^(2+)、Mg^(2+)深度去除提供重要理论依据和调控策略.