基于深共融溶剂的新型缓蚀阻垢剂及酸化解堵体系研究

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腐蚀结垢和低渗透油田采出困难是油田开采面临的两大难题,严重影响原油生产,制约着我国油田的有效开发与利用。当前,用于油田开采的缓蚀阻垢剂存在分散稳定性差、易生成沉淀等缺点,酸化解堵体系存在穿透距离短、反应速率过快及溶蚀能力差等弊端。因此,开发新型缓蚀阻垢剂与新型酸化解堵体系用于油田原油开采,对提高油田产量、保障我国能源安全具有重要意义。本论文充分利用深共融溶剂(Deep eutectic solvents,DES)溶解效应强、稳定性及配伍性好等优势,合成性能优异的新型缓蚀阻垢剂,进而与自生酸体系复配构建了反应速率可控、穿透距离长、溶蚀效果好的新型酸化解堵体系,用于低渗透油田解堵。本论文研究内容如下:(1)以深共融溶剂为基础,合成新型缓蚀阻垢剂,测试其缓蚀阻垢性能并分析机理。深共融溶剂的溶剂效应可有效增加新型缓蚀阻垢剂的共溶性与分散稳定性。实验结果表明,新型缓蚀阻垢剂具备优异的缓蚀和阻垢性能,缓蚀率高达96.4%,对Ca SO4、Ca CO3、Ba SO4、Sr SO4的阻垢率分别达到91.7%、88.1%、49.1%、19.4%。新型缓蚀阻垢剂中的活性分子可通过氧化作用形成一层致密的保护膜覆盖或直接吸附于金属表面,可达到良好的缓蚀效果,保护油田管道。而其中的羧基、羟基和磺酸基等活性官能团,可与地层水中Ca2+、Sr2+和Ba2+等成垢离子发生螯合作用,达到阻垢目的。(2)基于深共融溶剂设计理论,构建两种新型酸化解堵体系。首先合成含深共融溶剂、有机/无机酸和NH4F的自生酸体系,进而与新型缓蚀阻垢剂复配,形成新型酸化解堵体系。在该体系中,部分酸与氯化胆碱以氢键结合形成深共融溶剂,其余酸与氟离子形成氢氟酸溶解于其中,可有效增强体系的稳定性并降低酸化反应速率,提升溶蚀性能。两种基于深共融溶剂的新型酸化解堵体系对粘土矿物均表现出良好的溶蚀解堵效果。测试结果表明:最佳体系1(DES+HCl+NH4F+新型缓蚀阻垢剂)对高岭土、蒙脱土、绿泥土和伊利土溶蚀率分别为83.0%、50.3%、62.5%和10.6%;最佳体系2(DES+NH4F+新型缓蚀阻垢剂)对高岭土、蒙脱土、绿泥土和伊利土溶蚀率分别为80.9%、56.5%、67.3%和15.0%。新型缓蚀阻垢剂的加入,进一步减缓了酸化反应速率,保护储层骨架,实现了低渗透油田酸化的深层穿透。
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