CO2驱采出井缓蚀阻垢剂的复配及其性能研究

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在CO2驱油过程中,注入井筒的CO2溶于地层水生成的碳酸会对井筒管材与井下设备造成严重的腐蚀,且地层水中含有易成垢的离子也会使井下设备结垢。油气井井筒的腐蚀穿孔与结垢会造成井下设备的损坏、管线堵塞等严重问题,从而使得整个油田的产量急剧下降甚至报废停产,给油气田带来巨大的经济损失,这已成为制约CO2驱采油发展的重要问题之一。采用添加缓蚀剂与阻垢剂来控制油套管腐蚀结垢是一种效果非常显著的方法,而缓蚀剂与阻垢剂的性能强烈依赖于腐蚀结垢环境,并且多种试剂之间会存在协同与拮抗作用,每一种缓蚀剂阻垢剂的应用都需要根据实际应用环境进行评价。因此,本文针对某油田CO2驱采出井井筒的腐蚀与结垢复配出一种性能良好的缓蚀阻垢剂,主要包括以下几点:(1)采用量子化学计算与分子动力学模拟研究了缓蚀剂与阻垢剂分子的前线轨道分布、全局反应活性、局部反应活性与吸附行为,得出了6种缓蚀剂分子与5种阻垢剂分子的量化参数、局部反应活性位点及发生吸附反应时的能量参数,从理论计算角度得出缓蚀剂异喹啉季铵盐(FIQ-C)与阻垢剂烯丙基聚乙氧基磺酸铵(APES)的性能最好。(2)采用电化学测试与静态阻垢测试研究了缓蚀剂与阻垢剂的性能,从实验角度筛选出性能最好的缓蚀剂为异喹啉季铵盐(FIQ-C)阻垢剂为烯丙基聚乙氧基磺酸铵(APES),并得出了浓度、温度对缓蚀剂与阻垢剂性能的影响规律。(3)采用电化学测试与静态阻垢测试研究了复配试剂的缓蚀协同效应与阻垢协同效应,得出了复合缓蚀阻垢剂对碳钢的缓蚀作用机理与阻垢作用机理,并得出复合缓蚀阻垢剂的配方为缓蚀剂(FIQ-C):阻垢剂(APES)=2:1。(4)采用静态高温高压釜研究了模拟工况下复合缓蚀阻垢剂对H级杆、N80、P110三种材质在不同相态下的防护效果,并辅以SEM、EDS腐蚀产物分析测试手段,得出了复合缓蚀阻垢剂在模拟工况下的缓蚀性能良好,加入后三种钢材的腐蚀速率均小于0.045 mm/a;采用静态阻垢测试对比了模拟地层水溶液中阻垢剂与复合缓蚀阻垢剂的阻垢率,得出了复合缓蚀阻垢剂的阻垢率高达95.27%,缓蚀性能与阻垢性能均达到行业标准要求。本文研究成果为CO2驱采出井井筒管材的腐蚀防护与结垢控制提供参考,对解决CO2驱采出井中的腐蚀与结垢问题具有重要的理论意义和实际应用价值。
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