缓释型超支化聚合物阻垢剂的制备及性能研究

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随着国内低渗透油田的开发,压裂技术的使用越来越广泛,在压裂后的生产过程中,随着高矿化度的地层水流出,产生大面积的地层水结垢,从而影响压裂后油井的产量。鉴于常规的阻垢剂很难在复杂地层环境中使用,本文采用Michael加成和酰胺化反应的方法,合成2个系列8种类型的新型超支化聚合物阻垢剂,通过阻垢性能测试,优选出1种耐高温、p H应用范围广和阻垢性能优异的阻垢剂,并将阻垢剂填充到多孔陶粒中,制备出1种可防治地层水结垢的缓释型超支化聚合物阻垢剂。本文以乙二胺(EDA)、二乙烯三胺(DETA)、三乙烯四胺(TETA)为反应中心核,甲醇为溶剂,丙烯酸甲酯(MA)为原料,合成3种类型的超支化聚酰胺-胺,然后用羟基乙叉二膦酸(HEDP)和马来酸酐(MAH)作封端剂进行改性,制备出的1.0代端膦酸基超支化聚酰胺-胺,记为PEP-1、PDP-1和PTP-1;1.0代端羧基超支化聚酰胺-胺,记为PEC-1、PDC-1和PTC-1;2.0代端膦酸基/端羧基超支化聚酰胺-胺,记为PEP-2、PEC-2。通过红外光谱(FT-IR)、元素检测和热重分析(TG)可知,发现制备的超支化聚合物阻垢剂均为目标产物,并且具有良好的耐热性。通过阻垢性能测试可知,浓度为500mg/L时,PEP-1、PDP-1和PTP-1对CaSO4垢的阻垢率分别为98.5%、95.4%和94.2%,对CaCO3垢的阻垢率分别为90.1%、88.3%和86.4%;浓度为400mg/L时,PEC-1、PDC-1和PTC-1对CaSO4垢的阻垢率分别为96.4%、95.1%和94.9%,对CaCO3垢的阻垢率分别为90.2%、89.9%和88.9%;浓度为300mg/L时,PEP-2、PEC-2对CaSO4垢的阻垢率都达到了100%、对CaCO3垢的阻垢率分别为98.1%、88.7%,且阻垢性能稳定,可以在高矿度、高温和强酸、强碱环境中投入使用。通过分散性能研究,发现制备的阻垢剂分散性能优异,其分散性高于市售的HEDP和MAH。通过SEM分析,发现阻垢剂作用下的钙垢晶体结构遭到严重破坏、力学性能减低,晶型发生转变和晶格出现畸变。推测其阻垢机理主要与超支化的三维结构、聚合物高分散性以及引入的官能团有关。然后选用PEP-2作为阻垢成分、多孔陶粒为载体和三聚磷酸二氢铝(ATP)为涂层,以负压填充、溶液浸渍和喷射涂层的方法制备缓释型超支化聚合物阻垢剂。通过理化性质分析:阻垢剂的粒径为20-40目、负载阻垢剂量为48~50g/100g(多孔陶粒)、耐300℃高温和良好的抗破碎能力。通过缓释性能测试,发现在静态、动态下的60天时,阻垢剂对CaSO4垢的阻垢率分别为95.6%、92.1%,对CaCO3垢的阻垢率分别为93.2%、89.8%;在模拟态下的26天时,阻垢剂对CaSO4、CaCO3垢的阻垢率分别为84.6%、82.9%。可知制备的缓释型超支化聚合物阻垢剂具有长效的缓释阻垢周期,为压裂后地层水阻垢方面提供了重要的参考价值。
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