天冬氨酸共聚物的合成及在油田回注水中應(yīng)用的研究.pdf

1、目前，國內(nèi)外眾多油氣田生產(chǎn)中存在著回注水系統(tǒng)結(jié)垢和采出水外排污染環(huán)境兩大問題。為此，急需一種高效且環(huán)境友好型阻垢劑。聚天冬氨酸（polyaspartic acid, PASP）是近年來研制開發(fā)的一種環(huán)境友好型阻垢劑，但在高鹽分的油氣田回注水系統(tǒng)中，它的阻垢性能與某些含磷阻垢劑相比還存在一定的差距，這很大程度上限制了它的推廣應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高它的性能，將其有效地應(yīng)用到回注水中，我們研制了一種全新的聚天冬氨酸改性產(chǎn)物，并針對吉林油田某采油

2、廠的回注水，以該產(chǎn)品為阻垢劑研發(fā)了一種新的復(fù)合藥劑配方，用于解決回注水中存在的問題。
　　首先，以谷氨酸（Glu）作為天冬氨酸（Asp）的共聚單體，在傳統(tǒng)加熱方式下，研發(fā)了一種新的聚天冬氨酸改性產(chǎn)品，即天冬氨酸-谷氨酸共聚物（PAG）。該工藝中，以Na2SO4作為催化劑(Cat.)，當(dāng)n(Glu):n(Glu+Asp)為0.3，n(Cat.):n(Glu+Asp)為0.035，溫度180℃，聚合反應(yīng)100min時，所得共聚物的分子

3、量在2100左右，若延長反應(yīng)時間至120min，共聚物的分子量接近3000，此時共聚物的產(chǎn)率均在90％以上。
　　為縮短反應(yīng)時間，提高產(chǎn)物的分子量，以微波輻射替代傳統(tǒng)加熱，開發(fā)出了合成天冬氨酸-谷氨酸共聚物的一種全新的工藝方法。該工藝是以二甲基甲酰胺為溶劑、磷酸為催化劑的反應(yīng)體系。當(dāng)n(Cat.):n(Glu+Asp)為0.02、n(Glu):n(Glu+Asp)為0.3、溶劑用量16mL、微波功率為900W、時間為3min時，所

4、得共聚物(PAG-I)的分子量為1500左右；當(dāng)反應(yīng)物化學(xué)計(jì)量數(shù)和溶劑用量不變、n(Cat.):n(Glu+Asp)為0.05、微波功率為720W、時間為3～6min時，所得共聚產(chǎn)物(PAG-II)的分子量接近3000～5000。共聚物產(chǎn)率均在95%以上。
　　研究發(fā)現(xiàn)共聚物的分子量是其阻垢性能的主要影響因素，結(jié)果表明PAG對CaSO4和CaCO3具有最佳抑制效果的分子量范圍分別為1000～2000和3000～5000，即為上述的

5、PAG-I和PAG-II。
　　為了明確該共聚反應(yīng)的歷程和微波作用機(jī)理，利用IR光譜和1H NMR、13C NMR譜對兩種合成工藝下得到的中間產(chǎn)物（PSID）和最終產(chǎn)物（PAG）進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，結(jié)果表明，兩種工藝條件下的中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物結(jié)構(gòu)一致，微波輻射沒有改變共聚反應(yīng)歷程，但加快反應(yīng)速度。
　　為了將新產(chǎn)品共聚物（PAG）作為綠色阻垢劑應(yīng)用到油氣田回注水，考察了PAG的可生物降解性、阻垢性能、緩蝕性能和配伍性。結(jié)果表明 P

6、AG具有可生物降解性；阻垢性能與含膦阻垢劑相當(dāng)，證明共聚改性的確增強(qiáng)產(chǎn)品的性能；同時具有一定緩蝕性能；與緩蝕劑和殺菌劑具有良好的配伍性。以上性能研究說明，PAG可以有效的應(yīng)用到油氣田回注水中。
　　針對油氣田回注水中最常見的兩種垢型CaSO4、CaCO3，研究了PAG對二者的阻垢機(jī)理，結(jié)果表明PAG在抑制CaSO4結(jié)垢過程中，CaSO4·2H2O的晶體結(jié)構(gòu)不變，只是晶面之間距離發(fā)生了變化，PAG破壞的是晶粒之間的物理力，這是阻垢劑

7、抑制CaSO4結(jié)垢的全新的深入解釋；而抑制CaCO3結(jié)垢破壞的是成垢離子之間的化學(xué)力。
　　為了有效的應(yīng)用PAG，探討了高鹽分條件下CaCO3和CaSO4結(jié)晶動力學(xué)的變化，明晰了阻垢劑濃度、阻垢劑類型、pH值、雜質(zhì)（晶種）含量、溫度等因素對動力學(xué)的影響趨勢。結(jié)果表明，加入阻垢劑，能夠大大降低結(jié)晶速率常數(shù)。
　　為了考察PAG的應(yīng)用效果，針對吉林油田某采油廠的回注水，以PAG為阻垢劑，研制出一種新的復(fù)合藥劑配方。即以HEDP為