油田用阻垢分散水处理剂的合成及其性能研究

来源 :东南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangjunfeng_2009
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近年来,随着全球经济的快速发展,世界各国对石油的需求不断增长,石油仍然是人们可以开发利用的重要能源。但是,油田结垢问题极大地影响了石油开采过程。油田用阻垢剂是一种能有效抑制油田结垢的化学试剂。过去,已经有许多工作进行对阻垢剂的研究。随着环境保护要求的提高,对绿色阻垢剂的需求也在增加。因此,新型环保型阻垢剂的研究和制备已成为未来研究的热点。因为聚天冬氨酸(PASP)具有无磷、无毒和良好的可生物降解性,所以基于PASP的抑制剂是最有希望替代常规阻垢剂的。然而油田水环境较为复杂,有必要对PASP进行修饰改性以适应于高温高盐水环境下进行阻垢。参阅文献后得到,分子结构中引入磺酸基(-SO3H)可以优化阻垢剂的综合阻垢性能。因此,本文设计并合成了一种含有-SO3H的改性PASP(PASP/ASA),发现在保持PASP原有特性的基础上还提高了其综合阻垢性能。然而,目前却很少有人将此衍生物应用在油田阻垢领域。本文通过傅立叶红外(FT-IR)和核磁共振氢谱(~1H-NMR)对PASP/ASA的结构进行了表征。采用热重(TG)分析得到PASP/ASA具有良好的耐热性。通过静态阻垢法评价了PASP/ASA的阻垢性能。其中,PASP/ASA在用量为2.5mg?L-1时,其阻硫酸钙(Ca SO4)垢效率最大可达到100%;在用量为10 mg?L-1时,其阻碳酸钙(Ca CO3)垢效率最大可达到83.36%;在模拟油田水环境下,当用量为30 mg?L-1,其平均综合阻垢效率可达到61.63%。相比于PASP,PASP/ASA的阻垢效果总体上有一定的提高;相比于市售阻垢剂,PASP/ASA的阻Ca SO4垢性能较强,阻Ca CO3垢性能稍弱。总体来说,PASP/ASA具有较好的耐温性和耐盐性。还利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)观察并研究了加入PASP/ASA前后垢晶体的形貌、晶型和结构的变化。通过SEM和XRD的实验结果可以推测出,PASP/ASA的加入抑制了垢晶体的正常生长,一定程度下改变了垢的晶型,从而使垢的晶体结构变得疏松且难以堆积。另外,碳点(CDs)自首次被人发现以来,由于其具有优异的光学性能、良好的水溶性、低毒性和生物相容性、环境友好和成本低等许多优点,已经在许多领域引起了广泛的关注。CDs由碳质核心和表面基团两部分组成,其被碳化的表面和边缘一般都键连着大量的含氧官能团(如羧基(-COOH)、羟基(-OH)和醚基(-O-))。而恰好这些含氧官能团是抑制结垢的主要官能团。因此,合成表面具有丰富含氧官能团的CDs,不仅保持了CDs材料的优点,而且还能兼具这些官能团的阻垢性能。因此本文循环利用了水果柚子皮、价廉易得的柠檬酸(CA)和烯丙氧基聚乙氧基醚(APEG)作为原料,通过水热法,探究合成了一类新型且低成本的绿色油田阻垢剂——碳点阻垢剂(PCA-CDs)。通过透射电子显微镜(TEM)、XRD、紫外可见分光光度计(UV-Vis)、荧光光谱仪、FT-IR和X射线光电子能谱分析仪(XPS)对所制得的PCA-CDs进行了基本的表征。最重要的是,PCA-CDs还被首次应用于探究抑制Ca SO4、Ca CO3和硫酸钡(Ba SO4)的结垢。通过静态阻垢法探究了在最佳水热合成时间为8h的条件下所获得的PCA-CDs的阻垢性能。当PCA-CDs的投加量分别为55 mg·L-1、113 mg·L-1和22 mg·L-1~27 mg·L-1范围内,其对Ca SO4、Ca CO3和Ba SO4垢的阻垢率分别最大可达到100%、95%和89%左右。还利用SEM和XRD探究了加入PCA-CDs前后垢晶体的形貌、晶型和结构的变化。通过实验结果可以推测出,PCA-CDs能够螯合溶液中的成垢金属离子,且能够掺杂在垢晶体的生长位点上,还能阻碍和延缓垢晶体的正常生长,从而破坏了垢晶体致密的结构。
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