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随着油气田开采进入中后期,开采难度不断加大,为提高油气采收率,在石油、天然气、煤层气及页岩气的开采中使用CO2驱。它提高了低渗透油田的产率,但同时与之伴随而来的就是CO2带来的结垢与腐蚀问题。这常常会造成开采量下降,油井设备停产报废,甚至引发重大的安全事故,对油田的开发程度与市场的经济效益造成了严重的影响。本论文以设计含羧酸聚合物兼具缓蚀效果的阻垢剂分子为主,为达到相应的缓蚀效率,与其它缓蚀剂混合使用,研制出高效的经济复合型阻垢缓蚀剂,有效解决CO2驱带来的油田结垢和腐蚀的问题。(1)本实验合成了三种聚合物阻垢剂PIMA,PESA和β-MEA。采用IR,1H NMR及TOF对合成的产物进行了结构表征,并对合成的阻垢剂进行一系列性能评价。最终筛选出效果最佳的阻垢剂β-MEA,通过正交实验法确定了 β-MEA的最优合成条件:反应温度80℃,反应时间3小时,单体配比为ESA:β-CD-MAC:AMPS=1:0.3:0.1,引发剂用量2.0%(w)。PESA和β-MEA加量为30 mg/L及16 mg/L时,阻硫酸钡垢效率分别可达到96.6%及98.7%;PESA和β-MEA加量为250 mg/L时,阻碳酸钙垢效率分别可达到93.5%及96.3%。通过失重实验结果表明,在自来水中PESA和β-MEA具有一定的缓蚀性能。(2)本文通过席夫碱及曼尼希反应,合成了三种多含N原子及大π键的缓蚀剂SD-1,SD-AD和AD-AF(SD-AF1),采用IR和1H NMR对合成的产物进行了结构表征。通过对缓蚀剂的性能评价结果分析,确定缓蚀剂SD-AF1作为最终的研究对象。通过正交实验法确定了缓蚀剂(SD-AF1)的最佳合成条件:反应温度85℃、反应物配比n(SD-1):n(甲醛):n(丙酮)=2:2:1,反应时间6小时。评价了缓蚀剂SD-AF1在饱和CO2含3%NaCl的盐水溶液中,对N80钢片的缓蚀效果。当缓蚀剂加量为400 mg/L时,腐蚀速率为0.0446 mm/a,低于行业标准要求0.076 mm/a,缓蚀率达到90.4%。(3)将阻垢剂β-MEA与缓蚀剂SD-AF1进行复配,对复配阻垢缓蚀剂β-MEA/SD-AF1进行了性能评价。筛选出阻垢剂β-MEA用量为16 mg/L、缓蚀剂SD-AF1用量为400 mg/L作为复配阻垢缓蚀剂β-MEA/SD-AF1的最佳用量配比。结合阻垢(SY/T5673—1993)和缓蚀(SY/T5273—2000)评价标准的基础上,组建新的评价方法ZH/T2017,对其阻垢与缓蚀的性能同时进行评价。实验结果表明,阻垢剂β-MEA与缓蚀剂SD-AF1具有协同作用,复配性能较好,且具有较强分散氧化铁的性能。当阻垢评价时间为16h时,阻垢率可达97.5%;缓蚀评价时间在32h,缓蚀率可达90.5%。(4)β-MEA的加入显著影响垢晶体的生长。采用SEM及XRD手段分析可知,添加了阻垢剂β-MEA后的BaSO4垢晶体的形态发生明显改变,排列杂乱呈不规则状且被破坏成小块。添加了β-MEA的CaCO3晶体形貌发生了畸变,导致了破碎的外观,其形貌呈现出不定型的状态。晶体表面出现不光滑的增长平面和一些缺陷,可以很明显的区别于方解石晶体结构。(5)通过电化学及吸附理论研究,缓蚀剂SD-AF1是以抑制阴极为主的混合型缓蚀剂,SD-AF1在N80钢片表面的吸附遵循Langmuir等温吸附,形成了单分子吸附膜且能自发的化学吸附在N80钢片表面上,从而具有很好的缓蚀效果。结合AFM对N80钢片的表面进行微观表征,可以很明显的看出添加了 SD-AF1的N80钢片与空白相比明显不同,钢片表面比较光滑,表明SD-AF1在N80钢表面形成了有效的保护膜,抑制了钢片的腐蚀。