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复配型Ba2+(Ca2+、Sr2+)阻垢剂制备及试验研究

作　者: 马欣
导　师: 李天良
学　校: 西安科技大学
专　业: 应用化学
关键词: 钡/锶离子 磺化腐植酸 共聚物合成 阻垢剂 阻垢率
分类号: TE39
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


在油田的开发过程中，由于地下温度、压力、水的热力学不稳定性和化学不相容性等条件的变化，使底层油套管、地面及井下设备和管道发生结垢现象。其中危害最大的垢是硫酸盐垢。本文探讨了水为介质，以神府3-1煤中提取的腐植酸经磺化处理，制备煤基阻垢剂（SHA），以顺丁烯二酸酐（MAn）、丙烯酸（AA）、丙烯酸甲酯（MAc）、次亚磷酸钠（P）等单体组合合成了三组聚合物阻垢剂:MAn-AA-MAc、MAn-P-AA、MAn-P-AA-MAc。探讨了合成中引发剂用量、反应温度、反应时间等因素对共聚物阻垢剂阻垢钡离子性能的影响，找出共聚物阻垢剂最佳的合成条件，并对Ca2+、Ba2+、Sr2+进行阻垢能力验证。采用静态阻垢法评价共聚物的阻垢性能。结果表明：磺化腐植酸在用量为20mg时对浓度为647.545ppm的Ca2+阻垢率达到95.68%、用量为60mg时对浓度为954.446ppm的Ba2+阻垢率达到83.39%、用量为85mg时对浓度为529.891的Sr2+阻垢率达到80.92%；聚合物阻垢剂MAn-AA-MAc在反应条件6h，85℃,引发剂用量为1.2%时，用量为75mg、125mg、80mg对Ca2+、Ba2+、Sr2+达到最大阻垢率,分别为90.34%、74.31%和84.26%；聚合物阻垢剂MAn-P-AA在反应条件6h，75℃，引发剂用量2.4%时，用量为50mg、80mg、80mg对Ca2+、Ba2+、Sr2+达到最大阻垢率，分别为91.71%、76.03%和85.04%；聚合物阻垢剂MAn-P-AA-MAc在反应条件4.5h，85℃，引发剂用量2.4%时，用量为60mg、90mg、70mg对Ca2+、Ba2+、Sr2+达到最大阻垢率，分别为92.76%、78.26%和85.35%。用煤基阻垢剂SHA与三组聚合物阻垢剂复配，当SHA与MAn-AA-MAc为3:1（v/v），用量在60mg时，对954.446ppm的Ba2+的阻垢率为84.33%；当SHA与MAn-P-AA为1:1（v/v），用量在60mg时，对954.446ppm的Ba2+的阻垢率为85.68%；当SHA与MAn-P-AA为2:1（v/v），用量在60mg时，对954.446ppm的Ba2+的阻垢率为88.59%。在Ca2+、Ba2+、Sr2+不同浓度下，对三组复配阻垢剂的阻垢性能进行测试，与单一阻垢剂的阻垢效果相比，复配阻垢剂具有小剂量，阻垢率高的特点。并对垢物进行了扫描电镜和XRD衍射的表征，说明复配阻垢剂对钡/锶离子有良好的阻垢效果。并对复配阻垢剂的作用机理进行了初步探讨，与单一阻垢剂相比，复配阻垢剂中多种官能团在阻垢作用中有明显的配伍性，对钡/锶离子的小剂量效应、鳌合作用和电荷分散作用明显。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
1 绪论  11-29
  1.1 前言  11-12
  1.2 油田水结垢的特征和防治技术  12-17
    1.2.1 油田水垢的类型  12-13
    1.2.2 油田水结垢的机理  13-15
    1.2.3 油田水结垢的影响因素  15
    1.2.4 油田水结构的防治技术  15-17
  1.3 国内外阻垢剂的研究进展  17-22
    1.3.1 天然聚合物阻垢剂  17-18
    1.3.2 含磷聚合物阻垢剂  18-19
    1.3.3 共聚物阻垢剂  19-21
    1.3.4 绿色新型阻垢剂  21-22
  1.4 阻垢剂的阻垢机理  22-24
    1.4.1 鳌合增溶作用  23
    1.4.2 晶格畸变作用  23
    1.4.3 分散作用  23
    1.4.4 静电斥力作用  23
    1.4.5 小剂量作用  23-24
    1.4.6 再生-自解脱膜假说  24
    1.4.7 双电层作用机理  24
  1.5 不同功能基团的阻垢作用  24-25
    1.5.1 羧酸基团  24
    1.5.2 酯基基团  24-25
    1.5.3 磺酸基团  25
    1.5.4 膦酰(酸)基团  25
  1.6 产物的表征与性能测定方法  25-27
    1.6.1 产物的表征  25
    1.6.2 阻垢性能评定方法  25-27
  1.7 本课题的背景、研究意义及研究内容  27-29
    1.7.1 选题的背景及研究意义  27
    1.7.2 本课题的研究内容  27-28
    1.7.3 本课题的创新点  28-29
2 磺化腐植酸制备  29-39
  2.1 腐植酸  29
  2.2 煤的人工风化  29
  2.3 煤质分析  29-30
  2.4 黄腐酸提纯  30-33
    2.4.1 黄腐酸的提纯方法  30
    2.4.2 硫酸-丙酮法提取黄腐酸  30-33
  2.5 黄腐酸的红外光谱分析  33-34
  2.6 黄腐酸的磺化改性  34-35
    2.6.1 实验药品和仪器  34
    2.6.2 改性物质质量配比的确定  34-35
  2.7 制备磺化腐植酸的流程图  35
  2.8 实验结果与数据分析  35-38
    2.8.1 SHA 对 Ca~(2+)的阻垢效果  35-36
    2.8.2 磺化腐植酸对 Sr~(2+)的阻垢  36
    2.8.3 磺化腐植酸对 Ba~(2+)的阻垢效果  36-37
    2.8.4 磺化黄腐酸的红外吸收光谱  37-38
  2.9 本章小结  38-39
3 MAn-AA-MAc 共聚合成  39-46
  3.1 实验药品试剂和仪器  39-40
    3.1.1 实验药品  39
    3.1.2 实验仪器  39-40
  3.2 合成方法  40
  3.3 合成条件探索  40
  3.4 正交试验  40-41
  3.5 实验结果与数据分析  41-45
    3.5.1 正交试验结果与讨论  41-42
    3.5.2 MAn-AA-MAc 共聚物对 Ca~(2+)的阻垢效果  42
    3.5.3 MAn-AA-MAc 共聚物对 Sr~(2+)的阻垢效果  42-43
    3.5.4 MAn-AA-MAc 共聚物对 Ba~(2+)的阻垢效果  43-44
    3.5.5 MAn-AA-MAc 的红外吸收光谱  44-45
  3.6 本章小结  45-46
4 MAn-P-AA 共聚物的合成  46-53
  4.1 实验药品试剂和仪器  46-47
    4.1.1 实验药品  46
    4.1.2 实验仪器  46-47
  4.2 合成方法  47
  4.3 合成条件探索  47
  4.4 正交试验  47-48
  4.5 实验结果与数据分析  48-52
    4.5.1 正交试验结果与讨论  48-49
    4.5.2 MAn-P-AA 共聚物对 Ca~(2+)的阻垢效果  49
    4.5.3 MAn-P-AA 共聚物对 Sr~(2+)的阻垢效果  49-50
    4.5.4 MAn-P-AA 共聚物对 Ba~(2+)的阻垢效果  50-51
    4.5.5 MAn-P-AA 的红外吸收光谱  51-52
  4.6 本章小结  52-53
5 MAn-P-AA-MAc 共聚物的合成  53-60
  5.1 实验药品试剂和仪器  53-54
    5.1.1 实验药品  53
    5.1.2 实验仪器  53-54
  5.2 合成方法  54
  5.3 合成条件探索  54
  5.4 正交试验  54-55
  5.5 实验结果与数据分析  55-59
    5.5.1 正交试验结果与讨论  55-56
    5.5.2 MAn-P-AA-MAc 共聚物对 Ca~(2+)的阻垢效果  56
    5.5.3 MAn-P-AA-MAc 共聚物对 Sr~(2+)的阻垢效果  56-57
    5.5.4 MAn-P-AA-MAc 共聚物对 Ba~(2+)的阻垢效果  57-58
    5.5.5 MAn-P-AA 的红外吸收光谱  58-59
  5.6 本章小结  59-60
6 阻垢剂复配及阻垢作用  60-67
  6.1 阻垢剂的复配  60-61
    6.1.1 SHA 与 MAn-AA-MAc 共聚物的复配(阻垢剂 A)  60
    6.1.2 SHA 与 MAn-P-AA 的复配(阻垢剂 B)  60-61
    6.1.3 SHA 与 MAn-P-AA-MAc 的复配(阻垢剂 C)  61
  6.2 离子浓度对阻垢率的影响  61-64
    6.2.1 Ca~(2+)浓度对阻垢率的影响  61-62
    6.2.2 Ba~(2+)浓度对阻垢率的影响  62-63
    6.2.3 Sr~(2+)浓度对阻垢率的影响  63-64
  6.3 复配阻垢剂对垢物扫描电镜和 XRD 分析  64-66
    6.3.1 复配阻垢剂对硫酸钡垢的扫描电镜分析  64
    6.3.2 复配阻垢剂对硫酸锶垢的扫描电镜分析  64-65
    6.3.3 垢物 XRD 表征  65-66
  6.4 本章小结  66-67
7 结论  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-74
附录  74

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中图分类: > 工业技术 > 石油、天然气工业 > 油气田开发与开采 > 油田应用化学
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