1、<p>　　本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）</p><p>　　題 目：泡沫驅(qū)注采系統(tǒng)用阻垢劑優(yōu)選及性能研究</p><p><b>　　學(xué)生姓名：候文化</b></p><p>　　學(xué) 號：11096116</p><p>　　專業(yè)班級：材料化學(xué)11-1班</p><p>&l

2、t;b>　　指導(dǎo)教師：孫霜青</b></p><p>　　2015年 6月5日</p><p>　　泡沫驅(qū)注采系統(tǒng)用阻垢劑優(yōu)選及性能研究</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本論文針對泡沫驅(qū)注采系統(tǒng)的結(jié)垢情況，首先采用原子吸收光譜法和離子色譜法對華北油田文120區(qū)塊的水質(zhì)離

3、子含量進(jìn)行分析，然后配制模擬水樣并采用靜態(tài)法進(jìn)行結(jié)垢實(shí)驗(yàn)，得到各影響因素對結(jié)垢率的影響規(guī)律為：結(jié)垢率隨pH值增大而增加；隨表活劑濃度增加結(jié)垢率減?。粶囟仍礁?，結(jié)垢率越大；鈣離子濃度增加后結(jié)垢量也增加。最后采用靜態(tài)防垢實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了阻垢劑篩選評價研究，研究結(jié)果表明： ATMP、PBTCA、HEDP三種阻垢劑中PBTCA阻垢性能最好，為文120區(qū)塊的最佳阻垢劑，且最佳投放濃度為8mg/L；阻垢劑性能評價研究表明pH越大阻垢率越低，表活劑濃度對阻

4、垢劑無太大影響；溫度升高會使阻垢率降低；鈣離子濃度增加時阻垢率增大。</p><p>　　關(guān)鍵詞：結(jié)垢；阻垢劑；靜態(tài)法；篩選；性能評價 </p><p>　　Screening and performance evaluation of scale inhibitor</p><p>　　in Foam Flooding injection and producti

5、on system</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　In this thesis, aiming to the situation of scaling in Foam Flooding system, the first use of atomic absorption spectrometry and ion chroma

6、tography analyzed Huabei Oilfield ion content in Wen120 area water. Then preparating simulated water sample and using static method to adopt scale experiments. Obtaining scaling laws：Fouling rate increases with pH increa

7、se; Surfactant concentration increases with fouling rate decreases; Fouling rate increases with increasing temperature; Amount of fouling incr</p><p>　　Keywords：Scaling；Inhibitor；Static Method；Screening；Perf

8、ormance Evaluation</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第1章 研究背景1</p><p>　　1.1結(jié)垢研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.1.1 結(jié)垢原因1</p><p>　　1.1.2 垢種類簡介1</p><

9、p>　　1.1.3 結(jié)垢產(chǎn)生的影響2</p><p>　　1.2 阻垢研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.1 阻垢方法及機(jī)理2</p><p>　　1.2.2 阻垢劑研究3</p><p>　　第2章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法5</p><p><b>　　2.1 引言5</b>&l

10、t;/p><p>　　2.2 油田水樣分析5</p><p>　　2.3 碳酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測6</p><p>　　2.4 靜態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)7</p><p>　　2.5 阻垢劑性能評價實(shí)驗(yàn)8</p><p>　　2.5.1 阻垢劑篩選實(shí)驗(yàn)9</p><p>　　2.5.2 影響阻垢劑因素的實(shí)

11、驗(yàn)9</p><p>　　2.6 水質(zhì)鈣的EDTA滴定法10</p><p>　　第3章 結(jié)垢規(guī)律分析12</p><p><b>　　3.1 引言12</b></p><p>　　3.2 結(jié)垢趨勢預(yù)測12</p><p>　　3.3 影響結(jié)垢規(guī)律的因素分析12</p>

12、<p>　　3.3.1 pH值對結(jié)垢的影響12</p><p>　　3.3.2 表活劑對結(jié)垢的影響13</p><p>　　3.3.3 溫度對結(jié)垢的影響14</p><p>　　3.3.4 鈣離子濃度對結(jié)垢的影響15</p><p><b>　　3.4 小結(jié)16</b></p><

13、;p>　　第4章 阻垢劑篩選及性能評價分析18</p><p><b>　　4.1 引言18</b></p><p>　　4.2 阻垢劑篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)果18</p><p>　　4.2.1 阻垢劑種類篩選結(jié)果18</p><p>　　4.2.2 阻垢劑濃度篩選結(jié)果20</p><p>

14、;　　4.3 影響阻垢劑性能的因素分析21</p><p>　　4.3.1 pH值對阻垢劑的影響分析21</p><p>　　4.3.2 表活劑對阻垢劑的影響分析22</p><p>　　4.3.3 溫度對阻垢劑的影響分析23</p><p>　　4.3.4 鈣離子濃度對阻垢劑的影響分析24</p><p>

15、<b>　　4.4 小結(jié)25</b></p><p>　　第5章 結(jié)論26</p><p><b>　　致 謝27</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　第1章 研究背景</b></p&g

16、t;<p>　　在生產(chǎn)生活中每個用水的過程都有產(chǎn)生結(jié)垢狀況的可能，結(jié)垢的產(chǎn)生會對正常的生產(chǎn)生活造成各種不利的影響。例如在現(xiàn)代各種企業(yè)生產(chǎn)中，結(jié)垢產(chǎn)物會使管道被堵塞，減小管道的可流通面積，阻礙液體流動，并引發(fā)垢下腐蝕，還會降低傳熱設(shè)備的傳熱效率，對各種工作生產(chǎn)的正常進(jìn)行造成不可忽視的影響。在采油過程中，結(jié)垢容易發(fā)生在注水地層和油井井筒等地方，對油田生產(chǎn)造成重大危害[1]。因此防垢、除垢等措施就刻不容緩，我們必須了解結(jié)垢的原因

17、及垢層組成才能有效的對垢層進(jìn)行處理，并結(jié)合實(shí)際情況，進(jìn)行適當(dāng)有效的防垢、除垢措施。現(xiàn)在防垢方法用的最多的還是使用有效的阻垢劑，因此阻垢劑的優(yōu)選和性能評價就變得至關(guān)重要。</p><p><b>　　結(jié)垢研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　1.1.1 結(jié)垢原因</p><p>　　造成結(jié)垢的原因一般是溶液中存在較大濃度的易結(jié)垢鹽離子，在各種生產(chǎn)

18、工作的條件下由于壓力和溫度的變化導(dǎo)致離子間原本的平衡被破壞而結(jié)垢。還有的情況是幾種不相容的溶液摻雜在一起，其中的不相容離子相互間進(jìn)行作用而生成垢，若在油田采出物中有組分含量的變化也有可能形成垢，因?yàn)樵械奈镔|(zhì)平衡可能被打破了[2]。</p><p>　　根據(jù)熱力學(xué)原理可知，壓力、溫度等條件會影響難溶鹽在溶液中的溶解度，當(dāng)混合溶液中的易成垢離子擁有一定的過飽和度后，就會從溶液中析出晶體，晶體逐漸形成垢層。溶液中形成

19、垢層的過程一般是：溶解、過飽和晶體析出、晶體長大、結(jié)垢。結(jié)晶動力學(xué)、熱力學(xué)、流體動力學(xué)等條件會對易成垢離子的過飽和度造成決定性影響。對結(jié)垢程度有一定影響的因素包括pH值、壓力、流速、溫度、溶液組分（成垢組分和非成垢組分）和一些其余的外在因素，例如管道壁的潔凈光滑程度、管道的外貌及大小等[1]。</p><p>　　1.1.2 垢種類簡介</p><p>　　根據(jù)目前世界上對垢的研究了解到，

20、在水中大概能生成120多種垢，但在油田采油生產(chǎn)中，一般而言主要只有硫酸鈣（鎂）、碳酸鈣（鎂）、硫酸鍶、硫酸鋇這幾種垢產(chǎn)物[3]，而且很多垢會結(jié)合成為混合垢，單一種類的垢存在比較少。還有一些管道或設(shè)備的腐蝕產(chǎn)物和混合液析出的結(jié)晶鹽等也算在垢的范圍內(nèi)，比如FeCO3、Fe(OH)2、FeS、Fe2O3和Fe(OH)3，以及由于溶解度和溫度影響而析出的氯化鈉結(jié)晶等[4]。這些垢中以硫酸鈣（鎂）、碳酸鈣、硫酸鋇和硫酸鍶的危害最大，碳酸鎂在高溫下

21、才容易結(jié)垢，溫度較低時會生成氫氧化鎂，因此影響不大。其中硫酸鋇和硫酸鍶是最難溶的，并且二者經(jīng)?；煸谝黄?，很難分離。根據(jù)垢的結(jié)合種類和類型分為碳酸鹽垢和硫酸鹽垢兩大類。</p><p>　　1.1.3 結(jié)垢產(chǎn)生的影響</p><p>　　油田生產(chǎn)中，垢產(chǎn)物可能會聚集在地層、近井、井筒以及設(shè)備角落等部位，給油田工作帶來很多問題，嚴(yán)重阻礙油田的高速發(fā)展，造成的危害主要有[5]：</p>

22、;<p>　　(1) 油層及近井地帶結(jié)垢，會造成油氣輸送管道的堵塞，降低油層滲透率，氣液流動阻力也會跟著上升，最后使油井產(chǎn)油量下降，甚至導(dǎo)致最后封井，尤其在低滲透油田表現(xiàn)明顯；</p><p>　　(2) 若注水系統(tǒng)結(jié)垢，則輸水管的截面積減小，從而導(dǎo)致供、注水管道和輸油管的運(yùn)輸量降低。另外，若注水井近井地帶結(jié)垢，則會使注水壓力上升，造成事倍功半的影響；</p><p>　　(

23、3) 抽油桿結(jié)垢，會嚴(yán)重增大抽油桿的負(fù)荷，造成抽油桿的偏磨和抽油桿斷脫等事故，使泵的工作效率嚴(yán)重降低，甚至使泵報廢，從而增加了設(shè)備方面的生產(chǎn)成本；</p><p>　　(4) 生產(chǎn)設(shè)備和運(yùn)輸管線的表面沉積出垢層后容易引起垢下腐蝕，處理不當(dāng)便會有穿孔的危險。當(dāng)壓力增加時，此類問題管道很大可能會爆裂，給生產(chǎn)造成不可估量的嚴(yán)重后果； </p><p>　　1.2 阻垢研究現(xiàn)狀</p>

24、<p>　　1.2.1 阻垢方法及機(jī)理</p><p>　　從國內(nèi)外到目前為止的各種研究來看，主要在于通過以下幾種途徑來防垢：降低易成垢離子在溶液中的濃度；阻止易成垢離子聚集，避免達(dá)到過飽和度后形成晶核，或者抑制已經(jīng)成核的晶體的成長；預(yù)防易結(jié)垢物質(zhì)在儀器設(shè)備的表面堆積過多形成垢層[6]?，F(xiàn)如今國內(nèi)外所有的阻垢方法大致分為化學(xué)法、物理法、微生物法以及工藝法這四類[7]，而油田方面用的最多的方法是采用化

25、學(xué)阻垢劑進(jìn)行阻垢作用，即化學(xué)法?；瘜W(xué)法可以通過加入酸或者CO2來防止堿性垢產(chǎn)物的生成[8]，還可以利用各種化學(xué)試劑與成垢離子進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，主要是螯合作用，從而阻止結(jié)垢的產(chǎn)生，或者抑制結(jié)垢晶體的形成和成長并且分散已經(jīng)成型的結(jié)晶[8,9]，其可以作用到產(chǎn)生垢產(chǎn)物過程的各個時期，對除垢部位并沒有很嚴(yán)格的要求，因此現(xiàn)在己經(jīng)發(fā)展成為世界上使用最多的一類阻垢技術(shù)[10]。主要的手段就是通過添加合適的阻垢劑，其阻垢機(jī)理有以下幾種[1,11]：<

26、/p><p>　　增溶作用：與易成垢陽離子進(jìn)行螯合或絡(luò)合作用，形成可溶性化合物，使難溶鹽的溶解度增加；</p><p>　　分散作用：使垢產(chǎn)物電離為帶負(fù)電的離子，吸附、分散結(jié)垢晶體，阻礙結(jié)垢晶體的沉淀行為；</p><p>　　靜電斥力作用：電離帶負(fù)電，吸附帶電荷的結(jié)垢晶體，利用靜電斥力抑制結(jié)垢晶體的碰撞結(jié)合和生長；</p><p>　　晶體畸變

27、作用：讓阻垢劑占據(jù)晶格生長的活性位點(diǎn)，阻礙干擾晶體的正常生長；</p><p>　　去活化作用：利用阻垢劑的本身活性，使堿土金屬失去活性，減少晶核數(shù)目；</p><p>　　雙電層作用：阻垢劑在擴(kuò)散邊界層內(nèi)會形成雙電層，阻礙成垢離子在金屬表面的聚集；</p><p>　　再生-自解脫膜：阻垢劑與結(jié)垢產(chǎn)物結(jié)合后共同沉淀，形成可以破裂的膜，減少結(jié)垢產(chǎn)物，從而抑制垢層的形

28、成。</p><p>　　1.2.2 阻垢劑研究</p><p>　　由于各油田的地層狀況及生產(chǎn)條件的差別，所以用的阻垢劑也是種類繁多，現(xiàn)在世界上已知的阻垢劑能有幾千種的龐大數(shù)量，大體分為聚合物和有機(jī)膦酸鹽兩大類，油田上則常用聚合膦酸鹽和天然改性高分子阻垢劑。針對油田的生產(chǎn)條件和結(jié)垢類型，經(jīng)過幾十年的研究發(fā)展，自1930年以來，阻垢劑跨越了從無機(jī)物到有機(jī)物，從小分子到高分子聚合物的發(fā)展過程

29、[12]。以前常用的主要是磷酸，在低于125度時阻垢效果較好，但它的缺點(diǎn)是無法與高鹽、高鈣的水相溶?，F(xiàn)在世界上主要采用低分子聚合物型和有機(jī)膦酸型阻垢劑，美國常使用的阻垢劑有Nalco-8365，Nalco-3350，日本使用T-225，NW-25，NW-04，NW-12，國內(nèi)常使用的阻垢劑主要有丙稀酸鈉(PAAS)、水解聚馬來酸酐(HPMA)、羥基乙叉二膦酸(HEDP)、乙二胺四甲叉膦酸鈉(EDTMPS)、氨基三亞甲基膦酸(ATMP)等

30、[13]。1990年發(fā)展起來的聚合物型阻垢劑，具有阻垢效果好、無毒、耐高溫、對環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，兼具良好的緩蝕及其他性能，被廣泛應(yīng)用于高鈣、高鹽或高溫地區(qū)。</p><p><b>　　有機(jī)膦酸型阻垢劑</b></p><p>　　圖1-1 有機(jī)膦酸型</p><p>　　有機(jī)膦酸是具有如圖1-1所示結(jié)構(gòu)的阻垢劑（R為烷基），作為阻垢劑使用的有

31、機(jī)膦酸鹽很多都是有機(jī)多元膦酸鹽，其化學(xué)穩(wěn)定性很好，在某些環(huán)境和條件下可與其他處理廢水的化學(xué)試劑進(jìn)行復(fù)配使用，有顯著的溶限效應(yīng)和協(xié)同效應(yīng),還具有緩蝕作用。在20世紀(jì)60年代開發(fā)的阻垢劑氨基三甲叉膦酸(ATMP)和羥基乙叉二膦酸(HEDP)，由于其具有比較優(yōu)秀的阻垢性能，在水處理中仍有大量的應(yīng)用。在80年代時，有機(jī)膦羧酸研發(fā)成功，其中的2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸（PBTCA）在高pH、高溫、高硬度等嚴(yán)峻環(huán)境中表現(xiàn)出優(yōu)秀的阻垢性能。90

32、年代出現(xiàn)了大分子有機(jī)膦酸，其中多氨基多醚基亞甲基膦酸(PAPEMP)在分子中引進(jìn)了多個醚鍵，使其具有很大的鈣容忍度和阻垢分散能力，分子量也達(dá)到了600左右[14-18]。</p><p><b>　　聚合物型阻垢劑</b></p><p>　　有機(jī)膦酸鹽型由于本身也有形成有機(jī)膦酸垢和磷化合物對環(huán)境的危害問題，所以有些高分子聚合物便一同發(fā)展起來了。目前世界各國在水處理劑

33、方面的研究內(nèi)容和發(fā)展方向主要為研制出含磷量低甚至無磷的環(huán)?；瘜W(xué)防垢劑，響應(yīng)綠色化學(xué)的號召，所以聚合物阻垢劑的開發(fā)擁有很好的廣闊前景。</p><p>　　聚合物阻垢劑在水溶液中表現(xiàn)出優(yōu)秀的阻垢分散能力，從結(jié)構(gòu)上看，聚合物型阻垢劑由最開始的羧酸均聚物，逐漸延伸到包括多種阻垢基團(tuán)(酯基、磺酸基、膦酸基或羥基)的共聚物；從功能上看，聚合物阻垢劑不僅能解決CaCO3結(jié)垢問題，還能阻止Ca3(PO4)2、CaSO4、BaS

34、O4等難溶鹽結(jié)垢，具有分散氧化鐵和粘土等物質(zhì)的良好分散性能，一些特殊的聚合物甚至還具有防腐、殺菌等多種功能[19,20]。</p><p>　　第2章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方法</p><p><b>　　2.1 引言</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)主要分為三部分，根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果和結(jié)垢趨勢預(yù)測分別進(jìn)行鈣離子靜態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)、阻垢劑性能評價實(shí)驗(yàn)以及鈣離子

35、含量的EDTA滴定法。阻垢劑的性能評價實(shí)驗(yàn)又分為阻垢劑篩選實(shí)驗(yàn)和阻垢劑的影響因素實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　和阻垢劑有關(guān)的篩選目前還沒有一個比較高效和統(tǒng)一的方法，篩選阻垢劑的一般順序是先經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室初步篩選，再進(jìn)行模擬試驗(yàn)地的現(xiàn)場情況進(jìn)行篩選，最后才是在現(xiàn)場試驗(yàn)對阻垢劑進(jìn)行評定。本實(shí)驗(yàn)主要根據(jù)油田的采樣，對采樣進(jìn)行分析，由分析結(jié)果對結(jié)垢趨勢進(jìn)行預(yù)測，然后進(jìn)行阻垢劑在實(shí)驗(yàn)室的初步篩選。</p><

36、p>　　評價阻垢劑性能的方法有很多，大體分為靜態(tài)法和動態(tài)法來對其性能進(jìn)行評價，本次實(shí)驗(yàn)主要采用靜態(tài)法進(jìn)行，此法是目前世界上常用的一種傳統(tǒng)方法，操作比較方便靈活，適合實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，主要針對常見的碳酸鈣、磷酸鈣等沉淀[21,22]。油田實(shí)際生產(chǎn)是采用泡沫驅(qū)注采系統(tǒng)，因此表活劑的用量也為實(shí)驗(yàn)的一個影響因素。</p><p>　　2.2 油田水樣分析</p><p>　　通過對華北油田文120

37、實(shí)際采出水樣中離子含量進(jìn)行原子吸收光譜法和離子色譜法進(jìn)行測定分析，得到水樣中離子含量的結(jié)果如表2-1所示：</p><p>　　表2-1 水質(zhì)分析結(jié)果</p><p>　　由水質(zhì)結(jié)果可知，垢產(chǎn)物主要為碳酸鈣沉淀，其中還混雜了少量的硫酸鈣沉淀。</p><p>　　2.3 碳酸鈣結(jié)垢趨勢預(yù)測</p><p>　　Langelier在1936年就

38、提出水的穩(wěn)定性指標(biāo)，以確定CaCO3是否可以從水中沉淀出來，該指標(biāo)是針對城市工業(yè)用水的。后來,Davis和Stiff將這一指標(biāo)應(yīng)用到油田，即飽和指數(shù)法(飽和指數(shù)SI)，該方法主要考慮了系統(tǒng)中的熱力學(xué)條件。在Langelier所做工作的基礎(chǔ)上，Ryznar又進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和現(xiàn)場校正試驗(yàn)，于1944年提出了Ryznar指數(shù)(亦稱Ryznar穩(wěn)定指數(shù))，用比較定量的數(shù)值表示水質(zhì)穩(wěn)定性。</p><p>　　根

39、據(jù)文120地層水、文120注入水水質(zhì)分析結(jié)果，采用Davis-Stiff飽和指數(shù)法和Ryznar穩(wěn)定指數(shù)法預(yù)測不同水樣在不同溫度下（20℃~90℃）的結(jié)垢趨勢。</p><p>　　Davis-Stiff 飽和指數(shù)按式2-1、式2-2、式2-3計算：</p><p><b>　　(2-1)</b></p><p><b>　　(2-2

40、)</b></p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　式中：SI——飽和指數(shù)；</p><p>　　pH——水樣的pH值；</p><p>　　K——修正系數(shù)，由不同溫度時離子強(qiáng)度μ與修正系數(shù)K的關(guān)系圖查得；</p><p>　　pCa——Ca2+濃度(mol

41、/L)的負(fù)對數(shù)；</p><p>　　pAlK——總堿度(mol/L)的負(fù)對數(shù)；</p><p>　　[CO32-]——CO32-濃度，單位為mol/L；</p><p>　　[HCO3-]——HCO3-濃度，單位為mol/L；</p><p><b>　　μ——離子強(qiáng)度；</b></p><p>

42、;　　Ci——第i中離子濃度，單位為mol/L；</p><p>　　Zi——第i種離子價數(shù)。</p><p>　　結(jié)果判定：SI>0，有結(jié)垢趨勢；</p><p>　　SI=0，臨界狀態(tài)；</p><p>　　SI<0，無結(jié)垢趨勢。</p><p>　　Ryznar 穩(wěn)定指數(shù)按式2-4計算：</p&

43、gt;<p><b>　　(2-4)</b></p><p>　　式中：K——離子強(qiáng)度的修正系數(shù)；</p><p>　　pCa——鈣離子摩爾濃度的負(fù)對數(shù)；</p><p>　　pAlK——總堿度的負(fù)對數(shù)。</p><p>　　結(jié)果判定：SAI≥6，無結(jié)垢趨勢；</p><p>　　S

44、AI<6，有結(jié)垢趨勢；</p><p>　　SAI<5，結(jié)垢趨勢嚴(yán)重。</p><p>　　2.4 靜態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)</p><p>　　靜態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)主要是指在無阻垢劑的情況下，進(jìn)行模擬水樣在各種影響因素下的結(jié)垢實(shí)驗(yàn)，影響因素包括溫度、pH值、表活劑用量、鈣離子濃度這四個，通過改變各影響因素的實(shí)驗(yàn)條件，確定在哪種條件下的結(jié)垢率相對較小，從而可以結(jié)合油田實(shí)際狀

45、況，改變生產(chǎn)工作的條件來減少垢層的產(chǎn)生。</p><p>　　配制實(shí)驗(yàn)水樣的所需物質(zhì)及用量如表2-2和表2-3所示：</p><p>　　表2-2 水樣A溶液所需物質(zhì)及含量</p><p>　　表2-3 水樣B溶液所需物質(zhì)及含量</p><p>　?。?）首先進(jìn)行的是pH值對結(jié)垢狀態(tài)的影響實(shí)驗(yàn)，pH值分為7、8、9、10、11、12六組實(shí)驗(yàn)，

46、在編號是1~6的6個錐形瓶中都加入50mL A溶液和50mL B溶液，振蕩搖勻，用2mol/L的NaOH溶液調(diào)整pH值，分別達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的pH值，然后用保鮮膜密封，放入恒溫箱恒溫25小時，待滴定。</p><p>　?。?）表面活性劑的影響分為5組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，表面活性劑的濃度分別為0.05、0.1、0.2、0.3、0.4g/L，在編號為1~5的5個錐形瓶中都加入50mL A溶液和50mL B溶液，振蕩搖勻，分別加入

47、五組表活劑，使表活劑充分溶解在混合液中，然后用保鮮膜密封，放入恒溫箱恒溫25小時，待滴定。</p><p>　　（3）溫度對結(jié)垢的影響分6組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，間隔15℃為一組，分別為20、35、50、65、80、90℃，在編號為1~6的6個錐形瓶中都加入50mL A溶液和50mL B溶液，振蕩搖勻，使溶液充分混合，調(diào)節(jié)恒溫箱的溫度達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求溫度，將錐形瓶用保鮮膜密封后分別放入對應(yīng)的恒溫箱中，恒溫25小時，待滴定。<

48、;/p><p>　　表2-4 鈣離子濃度影響實(shí)驗(yàn)中所需水樣各物質(zhì)添加量</p><p>　　（4）通過對油田水樣的分析，將鈣離子濃度對結(jié)垢的影響實(shí)驗(yàn)分為五組，每組的鈣離子濃度分別為20、50、100、206、400mg/L，因鈣離子濃度不同，所以實(shí)驗(yàn)所用水樣需分別配制，模擬水樣的A和B溶液所需物質(zhì)添加量如表2-4所示。A溶液中通過變換氯化鈣的含量來改變鈣離子濃度，對應(yīng)前面五組濃度氯化鈣加入量分

49、別為0.0111g、0.0277g、0.0555g、0.1143g、0.222g，A溶液中氯化鎂添加0.06902g，氯化鈉添加2.1762g，將三種物質(zhì)用去離子水溶解配成A溶液，在100mL容量瓶中定容。B溶液由硫酸鈉、碳酸氫鈉、氯化鈉配置而成，添加硫酸鈉0.03578g、碳酸氫鈉0.1661g、氯化鈉2.1762g，用去離子水將三種物質(zhì)溶解混勻，加入100mL容量瓶中進(jìn)行定容。將50mL各組A溶液分別與50mL B溶液進(jìn)行混合，做好

50、標(biāo)記，振蕩搖勻后用保鮮膜密封，放入80℃恒溫箱中恒溫25小時，待滴定。</p><p>　　2.5 阻垢劑性能評價實(shí)驗(yàn)</p><p>　　性能評價實(shí)驗(yàn)主要分兩部分，首先是阻垢劑篩選實(shí)驗(yàn)，即篩選出合適的阻垢劑及其最佳投放濃度后，再對阻垢劑性能的影響因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，其影響因素有溫度、pH值、表面活性劑用量、鈣離子濃度四個因素，因此影響因素實(shí)驗(yàn)分四部分構(gòu)成，分別研究這四個因素對阻垢劑的影響程

51、度，確定阻垢劑的最佳投放條件，從而可以在油田上改變阻垢劑的投放環(huán)境，提高阻垢劑的阻垢效率。</p><p>　　2.5.1 阻垢劑篩選實(shí)驗(yàn)</p><p>　　通過結(jié)合華北油田實(shí)際生產(chǎn)情況、地層條件以及經(jīng)濟(jì)方面的考慮，本實(shí)驗(yàn)將在2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)、氨基三甲叉膦酸(ATMP)、羥基乙叉二膦酸(HEDP)這三種阻垢劑中篩選出最適合的一種。</p>&l

52、t;p>　　編號為1~12的12個錐形瓶按序號分為三大組，每組四個。1~4號為PBTCA組，5~8為HEDP組，9~12為ATMP組。每組阻垢劑又分為1、3、5、10mg/L這四種濃度的加入量，每個錐形瓶中各加50mLA溶液和50mLB溶液，振蕩搖勻，使溶液充分混合，然后用保鮮膜密封瓶口后放入80℃的恒溫箱中，恒溫25小時。最后用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液對恒溫后的混合液進(jìn)行滴定操作，測定混合液中鈣離子濃度，記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。</p&

53、gt;<p>　　通過分析阻垢劑篩選實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)后，篩選出最適合實(shí)驗(yàn)油田所需的阻垢劑，然后再對阻垢劑的最佳投放濃度進(jìn)行篩選。在上一步實(shí)驗(yàn)中篩選出一種最適合的阻垢劑，保持上述阻垢劑1、3、5、10mg/L四種濃度不變，使用該阻垢劑再進(jìn)行8、13、15、20mg/L這四組不同濃度添加量的實(shí)驗(yàn)，每組加50mLA溶液和50mLB溶液，振蕩搖勻，是溶液充分混合，用保鮮膜密封后放入80℃恒溫箱恒溫25小時，然后進(jìn)行滴定實(shí)驗(yàn)，確定阻垢劑各

54、種加入量的阻垢率，分析后選出最佳投放濃度。</p><p>　　2.5.2 影響阻垢劑因素的實(shí)驗(yàn)</p><p>　?。?）實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的順序同靜態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)相同，首先研究pH值的變化對阻垢劑的影響。pH值分為7、8、9、10、11、12六組，每組都加入50mL A溶液和50mL B溶液，根據(jù)前面阻垢劑篩選實(shí)驗(yàn)的初步判斷，每組添加濃度為8mg/L的阻垢劑PBTCA，將混合液振蕩搖勻，充分混合后用

55、保鮮膜密封放入恒溫箱，80℃下恒溫25小時，待滴定。</p><p>　?。?）表面活性劑對阻垢劑的影響實(shí)驗(yàn)分為四組，表活劑濃度分別為0.05、0.1、0.2、0.3g/L，每組加入50mL A溶液和50mL B溶液，每組添加阻垢劑PBTCA的濃度為8mg/L，將混合液振蕩搖勻，使表活劑充分溶解在溶液中，然后密封后放入80℃的恒溫箱，恒溫25小時，待滴定。</p><p>　　（3）溫度對

56、阻垢劑的影響實(shí)驗(yàn)分為六組，溫度間隔15度一組，分別為20、35、50、65、80、95℃，每組加入50mL A溶液和50mL B溶液，并添加阻垢劑PBTCA濃度為8mg/L，將混合液充分搖勻，密封后分別放入事先調(diào)好實(shí)驗(yàn)溫度的恒溫箱，恒溫25小時，待滴定。</p><p>　　（4）在鈣離子濃度對阻垢劑的影響實(shí)驗(yàn)中，需像鈣離子對結(jié)垢影響實(shí)驗(yàn)一樣配制不同濃度的鈣離子模擬水樣，鈣離子濃度分20、50、100、206、4

57、00mg/L五組，每組實(shí)驗(yàn)還需添加濃度為8mg/L的阻垢劑PBTCA，將溶液充分混合后密封放入80℃恒溫箱，恒溫25小時，待滴定。</p><p>　　2.6 水質(zhì)鈣的EDTA滴定法</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)溶液中鈣離子的含量測定是采用國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的EDTA滴定法對恒溫后的溶液中鈣離子濃度進(jìn)行標(biāo)定[23]。該滴定法的原理是在pH值為12~13的條件下，用事先配制好的EDTA溶液對鈣離子進(jìn)

58、行絡(luò)合滴定，因鈣羧酸會與鈣離子形成紅色絡(luò)合物，因此以鈣羧酸為滴定指示劑，鎂離子會與溶液中的OH- 結(jié)合形成沉淀，不會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾。在滴定過程中，溶液中的游離鈣離子會首先和EDTA結(jié)合進(jìn)行結(jié)合，當(dāng)游離的鈣離子反應(yīng)完后，與指示劑絡(luò)合的鈣離子才會與EDTA 反應(yīng)，因此當(dāng)達(dá)到滴定終點(diǎn)時，溶液會由紅色變?yōu)榱了{(lán)色，現(xiàn)象較明顯[23]。</p><p>　　所需試劑的配制：將8gNaOH溶于100ml去離子水中，然后存放

59、在聚乙烯材質(zhì)的瓶內(nèi)，以免被空氣中的CO2污染。EDTA二鈉二水合物需先在80℃下干燥2小時，然后冷卻至室溫，量取3.725g溶解于去離子水中，在1000ml容量瓶中進(jìn)行定容，保存在聚乙烯材質(zhì)的瓶內(nèi)，定期校對濃度。鈣羧酸指示劑干粉是由0.2g鈣羧酸與100g氯化鈉先進(jìn)行充分混合后，然后再研磨通過40~50目，保存在棕色瓶中，塞緊[23]。</p><p>　　主要的實(shí)驗(yàn)儀器是容量為50ml的酸式滴定管，還有一些鐵架

60、臺、膠頭滴管、1ml移液管、錐形瓶、量筒、燒杯等基礎(chǔ)儀器。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)具體操作如下：將恒溫后的各實(shí)驗(yàn)組取出，冷卻至室溫，任取一個實(shí)驗(yàn)的錐形瓶為例，倒入少許瓶中的混合液至小燒杯中，用過濾針頭吸取5ml混合液至另一個潔凈的小燒杯中，用1ml移液管從那5ml混合液中移取2ml至滴定用的250ml錐形瓶內(nèi)，加入去離子水稀釋至50ml，然后滴加NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至12~13，加入少量鈣羧酸指示劑干粉，搖晃

61、混勻，使混合液呈紅色。酸式滴定管中加入EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液，調(diào)整滴定管，將管內(nèi)的空氣放盡后開始滴定。首先讀取初始刻度并記錄，將EDTA溶液緩慢滴加到裝有混合液的錐形瓶中，一邊滴加一邊搖晃錐形瓶，使溶液能充分混合，不至于產(chǎn)生到達(dá)終點(diǎn)的假象，從而影響結(jié)果的準(zhǔn)確度。將要到達(dá)終點(diǎn)時，一定要控制好滴定速度，最佳情況是每滴間隔2~3秒，當(dāng)溶液由紫紅色變?yōu)榱了{(lán)色的時候，代表終點(diǎn)已到達(dá)，全部的滴定實(shí)驗(yàn)操作需要在室溫下5分鐘內(nèi)完成，然后記錄終點(diǎn)刻度，算出消耗

62、的EDTA溶液的體積。每組實(shí)驗(yàn)錐形瓶內(nèi)的混合液都按照上述方法進(jìn)行滴定操作，數(shù)據(jù)分組記錄，然后根據(jù)公式2-5計算出混合液中鈣離子濃度，由公式2-6計算阻垢率，公式2-7計算結(jié)垢率[23]，將數(shù)據(jù)歸納總結(jié)后對各實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p><b>　　(2-6)</b></p>&l

63、t;p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　以上三式中：c1—— EDTA溶液濃度；</p><p>　　V1——滴定中消耗的EDTA溶液體積；</p><p><b>　　V0——試樣體積；</b></p><p>　　A——鈣的原子質(zhì)量(40.08)；</p>

64、<p><b>　　E——阻垢率；</b></p><p>　　M2——加阻垢劑后混合液中鈣離子濃度；</p><p>　　M1——未加阻垢劑混合液中鈣離子濃度；</p><p>　　M0——混合液中的原始鈣離子濃度；</p><p><b>　　Q——結(jié)垢率；</b></p>

65、;<p>　　第3章 結(jié)垢規(guī)律分析</p><p><b>　　3.1 引言</b></p><p>　　根據(jù)結(jié)垢趨勢預(yù)測實(shí)驗(yàn)得到結(jié)垢趨勢結(jié)果后，緊接著針對靜態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)的結(jié)果根據(jù)實(shí)驗(yàn)順序分四部分進(jìn)行分析討論，分別為pH值影響結(jié)果、表活劑影響結(jié)果、溫度影響結(jié)果、鈣離子濃度影響結(jié)果。根據(jù)處理數(shù)據(jù)后得出的結(jié)垢率或結(jié)垢量，分析各因素對結(jié)垢趨勢的影響，以及一些關(guān)

66、鍵數(shù)據(jù)的說明，并推斷其原因，最后對整體結(jié)果進(jìn)行一個小結(jié)，推斷出只有少量結(jié)垢的最佳條件，從而幫助油田生產(chǎn)降低垢層的產(chǎn)生。</p><p>　　3.2 結(jié)垢趨勢預(yù)測</p><p>　　由飽和指數(shù)法和穩(wěn)定指數(shù)法得到溫度對水樣碳酸鈣垢結(jié)垢趨勢的影響結(jié)果如圖3-1和3-2所示：</p><p>　　圖3-1 Davis-Stiff飽和指數(shù)隨溫度變化曲線 圖3

67、-2 Ryznar穩(wěn)定指數(shù)隨溫度變化曲線</p><p>　　由圖可知，SI在不同溫度下均大于0，SAI在不同溫度下均小于6，因此碳酸鈣有嚴(yán)重的結(jié)垢趨勢，且隨溫度的增加結(jié)垢趨勢也增加。因?yàn)闇囟葧龃蠓肿拥幕钚?，分子間碰撞幾率增加，使得結(jié)垢離子相互結(jié)合成垢的幾率增加。而且碳酸氫根在高溫下更加容易分解為碳酸根，碳酸根是主要的結(jié)垢離子，因此升溫會促進(jìn)碳酸根的形成，使成垢離子增加，也就增加了形成垢產(chǎn)物的幾率。</p

68、><p>　　3.3 影響結(jié)垢規(guī)律的因素分析</p><p>　　3.3.1 pH值對結(jié)垢的影響</p><p>　　表3-1 不同pH值下文120水樣結(jié)垢率數(shù)據(jù)表</p><p>　　圖3-3 pH值對結(jié)垢的影響</p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3-3所示，根據(jù)圖中曲線可知模擬水樣的結(jié)垢情況隨pH值的變化趨勢，在鈣離子濃

69、度相同的情況下，所有pH實(shí)驗(yàn)組的結(jié)垢率都在70%以上。當(dāng)pH在7~9的范圍內(nèi)變化時，溶液的結(jié)垢率隨pH增大而增大，在pH為9~10之間時結(jié)垢率呈平穩(wěn)趨勢，隨pH增加到11，結(jié)垢率呈下降趨勢，然后11作為一個轉(zhuǎn)折點(diǎn)，超過11后，結(jié)垢率又呈上升趨勢?？傮w來看結(jié)垢率隨pH值的增大而增加，各實(shí)驗(yàn)組之間有細(xì)微差別。6組實(shí)驗(yàn)中，pH值是7時結(jié)垢率最低，為74.7%，pH值為9和10時具有相同的結(jié)垢率，且結(jié)垢率最高，為90.2%。研究表明，當(dāng)pH值增

70、加時，碳酸鹽溶解后將很快結(jié)晶，使?jié)u進(jìn)污垢熱阻增加，污垢的誘導(dǎo)期會減小，碳酸鈣會更加容易結(jié)垢，從而會促進(jìn)垢層的產(chǎn)生。因此選擇較低pH值有利。</p><p>　　3.3.2 表活劑對結(jié)垢的影響</p><p>　　表3-2 不同表活劑濃度下文120水樣結(jié)垢率數(shù)據(jù)表</p><p>　　圖3-4 表活劑濃度對結(jié)垢的影響</p><p>　　表活劑

71、對結(jié)垢的影響結(jié)果如圖3-4所示，在鈣離子濃度相同的情況下，隨表活劑濃度的增加，結(jié)垢率曲線呈平緩的下降趨勢。在表活劑濃度為0.05、0.1、0.2、0.3、0.4g/L五組實(shí)驗(yàn)中，結(jié)垢率最大的是當(dāng)表活劑濃度為0.05g/L時，為80.5%。當(dāng)表活劑濃度最大時，即0.4g/L，具有最低的結(jié)垢率，為51.3%?？傮w來看，結(jié)垢率范圍在50%~80%之間，結(jié)垢率隨表活劑濃度的增加而減少，相鄰兩組之間的結(jié)垢率差距不是很大，由此推斷表活劑對鈣離子結(jié)垢

72、現(xiàn)象的影響比較溫和平穩(wěn)。</p><p>　　3.3.3 溫度對結(jié)垢的影響</p><p>　　表3-3 不同溫度下文120水樣結(jié)垢率數(shù)據(jù)表</p><p>　　圖3-5 溫度對結(jié)垢的影響</p><p>　　溫度對鈣離子結(jié)垢現(xiàn)象的影響如圖3-5所示，該實(shí)驗(yàn)中溫度分為20、35、50、65、80、95℃六組，由圖可知結(jié)垢率隨溫度的增加呈上升趨

73、勢，但在溫度升高至80℃時達(dá)到最大結(jié)垢率，為80.5%，然后趨于平緩。結(jié)垢率在20~40℃這個較低的溫度區(qū)間內(nèi)也無變化，呈現(xiàn)出最低結(jié)垢率，為12.4%。在40℃后結(jié)垢率才開始增大，在65~80℃這個溫度區(qū)間內(nèi)增長幅度最大。總體來看結(jié)垢率的變化區(qū)間在12.4%~80.5%之間，變化幅度比較大。溫度對結(jié)垢的影響主要體現(xiàn)在對易結(jié)垢鹽類的溶解度的影響上，大部分鹽類的溶解度都隨溫度的升高而降低，因此當(dāng)溫度增加時，Ca(HCO3)2會分解產(chǎn)生CaC

74、O3沉淀，該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，溫度增加會使平衡向右移動，因此會更易結(jié)垢。但是當(dāng)溶液中的易結(jié)垢離子達(dá)到結(jié)垢飽和后，即使溫度繼續(xù)升高，結(jié)垢率也不會有太大變化，呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)。</p><p>　　3.3.4 鈣離子濃度對結(jié)垢的影響</p><p>　　表3-2 不同鈣離子濃度下文120水樣結(jié)垢量數(shù)據(jù)表</p><p>　　圖3-6 鈣離子濃度對結(jié)垢的影響</p>

75、<p>　　鈣離子濃度對結(jié)垢的影響結(jié)果如圖3-6所示，該實(shí)驗(yàn)分五組鈣離子濃度，分別為20、50、100、206、400mg/L，由圖可知，隨著鈣離子濃度的增加，結(jié)垢量曲線呈現(xiàn)出上升趨勢，在鈣離子濃度為20~206mg/L這個區(qū)間內(nèi)時，結(jié)垢量的增加速度幾乎相同，然而在206~400mg/L這個區(qū)間時結(jié)垢量的增加速度相對減小，且減小幅度較大。由于溶液中成垢陰離子沒有增加，因此鈣離子濃度增加會加速消耗陰離子，當(dāng)陰離子被消耗完時，

76、即使再增加鈣離子也幾乎不會再產(chǎn)生沉淀，因此鈣離子結(jié)垢也會逐漸達(dá)到一個飽和點(diǎn)。</p><p><b>　　3.4 小結(jié)</b></p><p>　　采用靜態(tài)法進(jìn)行結(jié)垢實(shí)驗(yàn)，分別研究pH值、表活劑濃度、溫度、鈣離子濃度對結(jié)垢狀態(tài)的影響，得到結(jié)垢規(guī)律，從分析結(jié)果總體來看：</p><p>　　隨pH值的增大結(jié)垢率大體呈上升趨勢，但結(jié)垢率變化幅度較小

77、，各實(shí)驗(yàn)組結(jié)垢率比較接近，因此pH值對鈣離子結(jié)垢現(xiàn)象具有較低的影響。在生產(chǎn)過程中盡量將生產(chǎn)環(huán)境的pH值調(diào)節(jié)在7左右，此時的結(jié)垢率最低，可以防止垢層的產(chǎn)生。</p><p>　　表活劑濃度對結(jié)垢的影響趨勢比較直觀，隨表活劑濃度增大而結(jié)垢率降低，整體降幅在30%左右。 </p><p>　　溫度對結(jié)垢的影響趨勢比較明顯，總體隨溫度的增加而結(jié)垢率增長，結(jié)垢率在20~40℃和80~95℃時都有一個

78、穩(wěn)定區(qū)，其結(jié)垢率基本不變，分別為12.4%和80.5%。但在40~80℃這個區(qū)間時，其結(jié)垢率有明顯的增長，增幅達(dá)到68%左右。因此控制工作環(huán)境的溫度在20~40℃時會有效降低垢層的產(chǎn)生。</p><p>　　溶液中的結(jié)垢量也是隨著鈣離子濃度的增大而增加，在鈣離子濃度處于20~206mg/L這個區(qū)間時，結(jié)垢量增加速度一致。當(dāng)濃度增大到206mg/L后，結(jié)垢量的增加速度顯著減小。 </p><p&

79、gt;　　第4章 阻垢劑篩選及性能評價分析</p><p><b>　　4.1 引言</b></p><p>　　本章內(nèi)容主要為對阻垢劑性能評價實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分兩大部分進(jìn)行分析，第一部分為阻垢劑篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中包括阻垢劑種類篩選和阻垢劑濃度篩選。然后根據(jù)篩選結(jié)果，針對一種阻垢劑進(jìn)行影響其阻垢性能的評價分析，其中影響因素包括pH值、表活劑濃度、溫度、鈣離子濃度這四部分。

80、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制出圖表，對圖表的走勢、關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行分析說明。最后對分析結(jié)果進(jìn)行一個小結(jié)，綜合各部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的走勢趨向以及標(biāo)注一些關(guān)鍵性數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)提出一些注意事項。</p><p>　　4.2 阻垢劑篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　4.2.1 阻垢劑種類篩選結(jié)果</p><p>　　表4-1 阻垢劑PBTCA在各濃度下的阻垢率數(shù)據(jù)表</p><

81、;p>　　表4-2 阻垢劑HEDP在各濃度下的阻垢率數(shù)據(jù)表</p><p>　　表4-3 阻垢劑ATMP在各濃度下的阻垢率數(shù)據(jù)表</p><p>　　圖4-1 阻垢劑種類篩選結(jié)果</p><p>　　阻垢劑種類篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4-1所示，三種阻垢劑分別為PBTCA、HEDP、ATMP，其濃度都分為1、3、5、10mg/L四組，在鈣離子濃度相同的情況下，大體趨勢

82、都是隨阻垢劑濃度的增加而阻垢率上升，但HEDP在3mg/L時有一個突出點(diǎn)，該濃度下的阻垢率和10mg/L時的阻垢率相同，且是HEDP的所有濃度實(shí)驗(yàn)組中最大的，達(dá)到了72.4%，其最低阻垢率則是在1mg/L時，只有48.3%，所以HEDP的阻垢率變化趨勢呈折線狀，沒有較好的規(guī)律性。ATMP的阻垢率隨阻垢劑濃度的增加而增大，相鄰濃度的實(shí)驗(yàn)組之間增長速度不一致，最低處是在1mg/L時，阻垢率只有12.1%，最高處則是在10mg/L時，阻垢率達(dá)

83、到了比較高的84.5%，比較最低點(diǎn)和最高點(diǎn)可知，在濃度增長為10倍后，阻垢率大約增大為7倍。PBTCA的濃度在1mg/~3mg/L這個區(qū)間時，其阻垢率增長較快，但是在3mg/L~10mg/L時，阻垢率的增長速度變慢，但依然在10mg/L時達(dá)到了所有實(shí)驗(yàn)組中的最大阻垢率，為94.2%。通過對三種阻垢劑的阻垢率數(shù)據(jù)對比，初步選定PBTCA為所需阻垢劑，并作為后續(xù)阻垢劑性能評價實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)阻垢劑。</p><p>　　4

84、.2.2 阻垢劑濃度篩選結(jié)果</p><p>　　表4-4 阻垢劑PBTCA在各濃度下的阻垢率數(shù)據(jù)表</p><p>　　圖4-2 阻垢劑濃度篩選結(jié)果</p><p>　　阻垢劑濃度篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4-2所示，該實(shí)驗(yàn)所用阻垢劑為PBTCA，濃度分為1、3、5、8、10、13、15、20mg/L八組。在濃度為1mg/L~8mg/L這個區(qū)間，1mg/L時阻垢率最低，為2

85、4.1%，隨后阻垢率隨阻垢劑濃度的增加而增大，但相鄰兩組之間的增長速度不一致，其中以1mg/L~3mg/L之間的阻垢率增長速度最大，5mg/L~8mg/L之間的阻垢率增長速度次之。在8mg/L~13mg/L這個區(qū)間，阻垢率大小差別不大，平均在95%左右，趨于平穩(wěn)狀態(tài)。然后在濃度為13mg/L~15mg/L，阻垢率開始下降，濃度超過15mg/L后阻垢率又開始上升，直到濃度為20mg/L時，達(dá)到實(shí)驗(yàn)組中的最大阻垢率，即96.6%。總體來看，

86、阻垢劑濃度在13mg/L之前其阻垢率具有比較直觀的規(guī)律，超過13mg/L后其阻垢率會有上下波動，但其波動幅度不大，阻垢率仍保持在較高的85%~95%之間。因此后續(xù)阻垢劑性能評價實(shí)驗(yàn)中阻垢劑濃度統(tǒng)一采用穩(wěn)定區(qū)間的8mg/L，防止因阻垢劑濃度過大導(dǎo)致阻垢率波動帶來對實(shí)驗(yàn)的誤差。</p><p>　　4.3 影響阻垢劑性能的因素分析</p><p>　　4.3.1 pH值對阻垢劑的影響分析<

87、;/p><p>　　表4-5 不同pH值下PBTCA的阻垢率數(shù)據(jù)表</p><p>　　圖4-3 pH值對阻垢劑的影響</p><p>　　pH值對阻垢劑的影響結(jié)果如圖4-3所示，pH值分為7、8、9、10、11、12六組，阻垢劑添加濃度都為8mg/L，整條曲線呈現(xiàn)一種隨pH值增加而阻垢率下降的趨勢，由pH值為7時的最大阻垢率96.3%逐漸降低到pH值為12時的最小阻垢

88、率22.4%。在pH值為7~10這個區(qū)間內(nèi)，阻垢率的減小速度較小，曲線較平緩，阻垢率由96.3%減少到75.4%。但pH值在10~11這個區(qū)間時，阻垢率有跳躍性的下降，由75.4%減少到24.1%。然后在pH值為11~12之間時，阻垢率趨于平穩(wěn)，降低較少。阻垢劑的阻垢能力有很大部分是由其碳碳長鏈上的大量側(cè)基功能團(tuán)（活性基團(tuán)）決定的，當(dāng)分子中的許多活性基團(tuán)被大分子圍住時，其螯合、分散等作用就會受到阻礙，從而降低阻垢率。相反，只有當(dāng)分子舒展

89、開時，暴露在外面的活性基團(tuán)才會發(fā)揮阻垢作用。而調(diào)節(jié)pH值是通過添加NaOH來實(shí)現(xiàn)的，NaOH會影響阻垢劑分子的伸展程度，如果分子卷曲則會降低阻垢率，相反則提高阻垢率[24]。由此可見，在pH為7時，阻垢劑分子的伸展程度最佳，阻垢效果最好。</p><p>　　4.3.2 表活劑對阻垢劑的影響分析</p><p>　　表4-6 不同表活劑濃度下PBTCA的阻垢率數(shù)據(jù)表</p>

90、<p>　　圖4-4 表活劑濃度對阻垢劑的影響</p><p>　　表活劑對阻垢劑的影響結(jié)果如圖4-4所示，表活劑濃度分為0.05、0.1、0.2、0.3g/L四組，阻垢劑添加濃度均為8mg/L。阻垢率在表活劑濃度為0.05~0.1g/L時呈現(xiàn)上升趨勢，且在0.1g/L時達(dá)到最大阻垢率93.5%。然后阻垢率開始下降，直到表活劑濃度為0.2g/L時達(dá)到最低阻垢率89.1%，但是表活劑濃度在0.2~0.3g

91、/L之間時阻垢率又開始上升，表活劑濃度為0.3g/L時也達(dá)到了一個較高的阻垢率，為92.3%?？傮w來看，阻垢率雖然具有波動性，但波動幅度并不大，四個實(shí)驗(yàn)組的阻垢率都大致保持在90%~95%這個范圍內(nèi)，該范圍的阻垢率表示具有較好的阻垢效果，可見表活劑對阻垢劑性能并無太大影響。</p><p>　　4.3.3 溫度對阻垢劑的影響分析</p><p>　　表4-7 不同溫度下PBTCA的阻垢率數(shù)

92、據(jù)表</p><p>　　圖4-5 溫度對阻垢劑的影響</p><p>　　溫度對阻垢劑的影響結(jié)果如圖4-5所示，溫度分為20、35、50、65、80、95℃六組，每組的阻垢劑添加濃度均為8mg/L。最大阻垢率為20℃時的100%，最小阻垢率為95℃時的90.9%，從整條曲線來看阻垢率隨溫度的增加而減小。在溫度為20~50℃之間是，阻垢率下降速度較小，達(dá)到50℃后會有一個穩(wěn)定區(qū)處于50~6

93、5℃之間，此時的阻垢率幾乎不變，然后65℃之后阻垢率繼續(xù)下降，且下降速度相比之前有所增大，最后達(dá)到95℃時的最低阻垢率?？傮w來說，六組實(shí)驗(yàn)的阻垢率都很高，處于90%~100%之間，雖然呈現(xiàn)下降趨勢，但總的減小幅度不大，在最低阻垢率時依然達(dá)到了90%，阻垢效果較好。溫度高低會影響碳酸氫鈉分解為碳酸根的速度，而碳酸根與鈣離子結(jié)合就會產(chǎn)生垢。低溫時碳酸氫鈉的分解速度較低，碳酸鈣的溶度積增加，從而形成沉淀所需的時間也會增加，使得阻垢劑有充分的時

94、間與鈣離子進(jìn)行螯合作用，阻礙沉淀的產(chǎn)生[24]，因此在低溫時阻垢率較高。</p><p>　　4.3.4 鈣離子濃度對阻垢劑的影響分析</p><p>　　表4-8 不同鈣離子濃度下PBTCA的阻垢率數(shù)據(jù)表</p><p>　　圖4-6 鈣離子濃度對阻垢劑的影響</p><p>　　鈣離子濃度對阻垢劑的影響結(jié)果如圖4-6所示，鈣離子濃度分為2

95、0、50、100、206、400mg/L五組，每組添加阻垢劑濃度為8mg/L。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線變化較復(fù)雜，在鈣離子濃度為20~50mg/L時，阻垢率呈下降趨勢，且鈣離子濃度為50mg/L時阻垢率最低，為33.4%。在鈣離子濃度為50~206mg/L之間時，阻垢率呈上升趨勢，在100~206mg/L區(qū)間的阻垢率增長速度是最快的，且在206mg/L時達(dá)到最大阻垢率94.2%。隨后在206~400mg/L這個區(qū)間阻垢率開始下降，但下降速度較小，

96、阻垢率的減小幅度也較小?？傮w來看，在鈣離子濃度較大時阻垢率較高，且與低濃度鈣離子的阻垢率相差較大，低濃度鈣離子實(shí)驗(yàn)組之間的阻垢率較接近，而高濃度鈣離子實(shí)驗(yàn)組之間的阻垢率較接近，形成兩極現(xiàn)象。阻垢率隨鈣離子濃度增加而升高的現(xiàn)象主要是因?yàn)樽韫竸┡c鈣離子形成了穩(wěn)定的絡(luò)合物，且該絡(luò)合作用還對溶液中的沉淀具有增溶作用，可很大程度上避免鈣離子與陰離子的接觸，從而起到阻垢作用。當(dāng)鈣離子濃度繼續(xù)增大而阻垢率卻下降是因?yàn)樽韫竸┨砑恿坎蛔?，溶液中的游離鈣離

97、子增多，更加容易形成沉淀，從而減弱阻垢作用。</p><p><b>　　4.4 小結(jié)</b></p><p>　　通過靜態(tài)法進(jìn)行了阻垢劑篩選及性能評價實(shí)驗(yàn)，根據(jù)阻垢劑篩選結(jié)果分別研究pH值、表活劑濃度、溫度、鈣離子濃度對阻垢劑性能的影響，從所有的分析結(jié)果總體來看，得到以下結(jié)論：</p><p>　　根據(jù)PBTCA、HEDP、ATMP三種阻垢劑

98、的阻垢率變化趨勢，篩選出PBTCA作為油田文120實(shí)驗(yàn)區(qū)塊的最佳阻垢劑。阻垢劑濃度在一定的范圍內(nèi)增加時阻垢率都是隨著濃度的增加而增大，但是阻垢效果會有一個飽和現(xiàn)象，使阻垢率趨于穩(wěn)定，經(jīng)過分析后采用8mg/L作為實(shí)驗(yàn)區(qū)塊的最佳阻垢劑投放濃度。</p><p>　　pH值對阻垢劑的影響是隨pH值增大而阻垢率減小，pH為7時阻垢率最大，為96.3%。在pH值大于10后阻垢率會大幅下降，降低量約為50%。在pH值大于11

99、后阻垢率逐漸趨于平穩(wěn)。</p><p>　　表活劑總體來講對阻垢劑并無太大影響，四組表活劑實(shí)驗(yàn)組的阻垢率都在90%~95%之間波動，與空白組的94.2%相差不大，阻垢效果好，且波動幅度較小。</p><p>　　溫度對阻垢劑的影響是隨溫度的升高而阻垢率下降，但下降幅度較小，六組實(shí)驗(yàn)的阻垢率都在90%以上，具有較好的阻垢效果。</p><p>　　阻垢率會隨鈣離子濃度

100、的增大而增加，增幅最大時達(dá)到60%左右，鈣離子濃度在206mg/L時阻垢率最大，為94.2%，之后阻垢率波動幅度較小，趨于平穩(wěn)狀態(tài)。</p><p>　　綜上所述，最佳阻垢劑為PBTCA，阻垢劑最佳投放濃度為8mg/L。阻垢劑分別在pH值為7時、鈣離子濃度為206mg/L時、低溫時的阻垢效果最好，但實(shí)際應(yīng)用中需根據(jù)生產(chǎn)工況環(huán)境對各因素進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。</p><p><b>　　

101、第5章 結(jié)論</b></p><p>　　通過鈣離子靜態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)、阻垢劑篩選及阻垢劑性能評價實(shí)驗(yàn)分別研究了pH值、表活劑濃度、溫度、鈣離子濃度對結(jié)垢狀態(tài)的影響以及對阻垢劑性能的影響，分析各實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線，得到以下結(jié)論：</p><p>　　在鈣離子靜態(tài)結(jié)垢實(shí)驗(yàn)中，通過對pH值、表活劑濃度、溫度、鈣離子濃度這四個因素對結(jié)垢的影響結(jié)果分析后得知：大體上結(jié)垢率隨pH值增大而增大，在p

102、H為7時結(jié)垢率較低，可以使用酸堿溶液調(diào)節(jié)油田水樣的pH值；表活劑濃度增大會降低結(jié)垢率；結(jié)垢率隨溫度增加而增大，溫度為20~40℃時結(jié)垢率較低，溫度可通過一些儀器設(shè)備進(jìn)行控制；結(jié)垢量隨鈣離子濃度增大而增大，鈣離子結(jié)垢會消耗相應(yīng)的成垢陰離子，當(dāng)溶液中只是鈣離子濃度增大時，會有一個成垢飽和狀態(tài)。</p><p>　　阻垢劑篩選實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在PBTCA、HEDP、ATMP這三種阻垢劑中PBTCA的阻垢效果最好，最高阻垢率

103、達(dá)到94.2%。根據(jù)阻垢劑濃度篩選結(jié)果，投放濃度選取8mg/L，在此濃度附近阻垢率平均為95%左右，阻垢率高且穩(wěn)定，波動范圍小，對阻垢效果影響小。</p><p>　　在對阻垢劑的性能評價實(shí)驗(yàn)中，四個影響因素的結(jié)果分析分別為：pH值對阻垢劑性能影響較大，阻垢率隨pH值增大而減小，在pH值大于10時阻垢率大幅下降，但在pH值大于11后阻垢率變化很小，趨于平穩(wěn)，因此在實(shí)際生產(chǎn)中pH值應(yīng)盡量保持在7左右，此時具有最大阻

104、垢率96.3%；表活劑濃度對阻垢劑影響很小，各實(shí)驗(yàn)組的阻垢率都在90%~95%之間，波動幅度較小；隨溫度升高，阻垢率呈下降趨勢，但各實(shí)驗(yàn)組整體阻垢率都較高，在90%~100%之間，因此溫度對阻垢劑影響較小，實(shí)際生產(chǎn)時可盡量保持低溫狀態(tài)，阻垢率有小幅度提高；阻垢率會隨鈣離子濃度增加而增大，在鈣離子濃度為206mg/L時阻垢率最大，為94.2%，且達(dá)到了阻垢飽和，當(dāng)鈣離子濃度繼續(xù)增加時，阻垢率稍有下降。</p><p&g

105、t;<b>　　致 謝</b></p><p>　　本論文是在導(dǎo)師孫霜清副教授的悉心指導(dǎo)下完成的，從畢設(shè)的選題到完成都給予我很大的幫助，使我的畢設(shè)論文體系變的清晰完整。導(dǎo)師對學(xué)問一絲不茍、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度和不辭辛勞的精神給我留下了深刻的印象。他淵博的知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，創(chuàng)新的意識，鉆研的精神和獨(dú)特的思維，開闊了我的視野，使我的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫搅艘欢ǖ腻憻?。在此?jǐn)向?qū)O老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。

106、</p><p>　　在畢設(shè)完成過程中，感謝張師兄在我畢設(shè)期間對我各方面的關(guān)心與幫助！他分析出我實(shí)驗(yàn)中存在的一些問題，和我一起探討解決，他提供的建議使我順利地解決了問題，推進(jìn)了實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。非常感謝他在自己繁忙的學(xué)習(xí)之余，仍然抽出時間幫助我。</p><p>　　最后，真誠地感謝那些在我畢設(shè)期間幫助過我的人們！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</

107、b></p><p>　　[1] 侯艷紅，高溫阻垢劑的復(fù)配及其阻垢機(jī)理研究[D].華中科技大學(xué)，2010</p><p>　　[2] 王世強(qiáng)，王笑菡，王勇.油田結(jié)垢及防垢動態(tài)評價方法的應(yīng)用研究[J].中國海上油氣(工</p><p>　　程)，1997，9(1)：39-53</p><p>　　[3] 王猛.油田管道結(jié)垢治理技術(shù)研究綜述

108、[J].黑龍江科技信息，2011年33期</p><p>　　[4] 宋時權(quán)，蔣紹輝，張云芝等,油田防垢概況[J],石油化工腐蝕與防護(hù),2011年1期</p><p>　　[5] 江淑娟，吳松林，油田開發(fā)英語[M].北京：石油工業(yè)出版社，2002：35-39 </p><p>　　[6] 鄭邦乾，朱清泉.阻垢方法概述[J].石油與天然氣化工, 1986(2): 39