1、阳 离 子 聚 合 物 防 膨 抑 砂 剂 的 合 成 与 性 能 评 价张森田 承 村(胜 利 油 田 有 限 公 司 河 口 采 油 厂 )摘要合 成 了 两 种 阳 离 子 聚 合 物 防 膨 抑 砂 剂 ,对 其 防 膨 和 抑 砂 性 能 进 行 了 评 价 ,并 与 油田 常 用 的 一 些 防 膨 抑 砂 剂 进 行 了 对 比 ,结 果 表 明 产 物 具 有 较 好 的 防 膨 和 抑 砂 性 能 。研 究 了 石英 砂 粒 径 和 驱 动 介 质 粘 度 对 产 物 性 能 的 影 响 ,研 究 结 果 表 明 :当 石 英 砂 粒 径 大 于0.3mm、驱动 介 质 粘
2、度 大 于50mPas时 ,合 成 产 物 基 本 失 去 抑 砂 能 力 。关 键 词防 膨 抑 砂 剂阳 离 子 型 聚 合 物合 成性 能 评 价常 用 的 防 膨 抑 砂 剂 可 分 为 无 机 防 膨 抑 砂 剂 和有 机 防 膨 抑 砂 剂 。无 机 防 膨 抑 砂 剂 包 括 盐 类 和 无机 阳 离 子 型 聚 合 物1。有 机 防 膨 抑 砂 剂 包 括 阳 离子 型 表 面 活 性 剂2和 有 机 阳 离 子 型 聚 合 物3。有机 防 膨 抑 砂 剂 的 作 用 机 理 比 较 全 面 ,防 膨 抑 砂 效果 较 好 。有 机 阳 离 子 型 聚 合 物 主 要 包 括
3、两 种 结构 :一 种 是 季 铵 结 构 在 主 链 上 ,这 种 结 构 的 防 膨 抑砂 剂 带 电 量 大 、相 对 分 子 质 量 小 ,防 膨 抑 砂 机 理 以中 和 电 性 为 主 、桥 接 作 用 为 辅 ,称 为型 结 构 防 膨抑 砂 剂 ;另 一 种 是 季 铵 结 构 在 支 链 上 ,这 种 结 构 的防 膨 抑 砂 剂 带 电 量 小 、相 对 分 子 质 量 大 ,防 膨 抑 砂机 理 以 桥 接 作 用 为 主 ,中 和 电 性 为 辅 ,称 为型 结构 防 膨 胀 抑 砂 剂 。本 研 究 合 成 了 这 两 种 结 构 的 防膨 抑 砂 剂 ,并 评 价
4、了 其 使 用 性 能 。*1 实 验1.1 合 成 原 理合 成型 结 构 的 防 膨 抑 砂 剂 ,是 由 环 氧 氯 丙烷 与 二 甲 胺 直 接 反 应 制 得 ;型 结 构 防 膨 抑 砂 剂可 通 过 两 步 反 应 制 得 ,第 一 步 是 聚 丙 烯 酰 胺(PAM)与 甲 醛 作 用 生 成 羟 甲 基 化 的 聚 丙 烯 酰 胺 ,第 二 步 是 羟 甲 基 化 的PAM与 胺 的 盐 酸 盐 (四 乙烯 五 胺 盐 酸 盐 )反 应 制 得型 结 构 防 膨 抑 砂 剂 。1.2 实 验 仪 器 与 试 剂仪 器 :250mL三 口 烧 瓶 ,滴 液 漏 斗 ,恒 温 水
5、浴 ,搅 拌 器 ,填 砂 管 ,平 流 泵 等 。试 剂 :二 甲 胺 ,环 氧 氯 丙 烷 ,聚 丙 烯 酰 胺 ,甲醛 ,四 乙 烯 五 胺 盐 酸 盐 ,均 为 分 析 纯 ,石 英 砂 等 。1.3 实 验 方 法1.3.1 防 膨 抑 砂 剂 的 合 成型 防 膨 抑 砂 剂 的 合 成 :首 先 将 一 定 摩 尔 数的 二 甲 胺 置 于 三 口 烧 瓶 中 ,并 放 入30恒 温 水 浴中 恒 温1h。然 后 取 等 摩 尔 数 的 环 氧 氯 丙 烷 置 于滴 液 漏 斗 中 ,并 将 滴 液 漏 斗 与 三 口 烧 瓶 装 好 ,控 制水 浴 温 度 在30左 右 。最
6、后 在 不 断 搅 拌 的 过 程中 ,将 环 氧 氯 丙 烷 缓 慢 滴 入 二 甲 胺 溶 液 中 ,直 至 滴完 ,恒 温 反 应3h后 ,即 得型 结 构 防 膨 抑 砂 剂 。型 结 构 防 膨 抑 砂 剂 的 合 成 :首 先 将500mL蒸 馏 水 、140g胶 状PAM(相 对 分 子 质 量 大 于3106,浓 度w=7%)加 入 三 口 烧 瓶 中 ,在45条 件下 不 断 搅 拌 ,直 到PAM溶 解 均 匀 。然 后 向 三 口烧 瓶 中 加 入20mL甲 醛 ,再 用 氨 水 调 整pH值 至810,恒 温 反 应3h。最 后 向 三 口 烧 瓶 中 加 入250mL
7、四 乙 烯 五 胺 盐 酸 盐 和200mL蒸 馏 水 ,升至75,恒 温 反 应3h,即 得型 结 构 防 膨 抑 砂剂 。1.3.2 防 膨 率 的 测 定该 法 是 根 据 膨 胀 指 数 评 价 防 膨 抑 砂 剂 的 防 膨性 能 。在 指 定 的 试 验 时 间 内 ,用 页 岩 膨 胀 仪 测 定粘 土 体 积 随 时 间 的 变 化 曲 线 ,按 下 式 计 算 膨 胀 指 数 。SI=T0V(t)dtT(1)87断 块 油 气 田2004年7月FAULT-BLOCKOILV(t)为 粘 土 体 积 随 时间 的 变 化 ,mm3;T为 指 定 的 试 验 时 间 ,min。由
8、 于 整 个 试 验 过 程 中 粘 土 的 横 截 面 积 (A)不变 ,并 且V(t)=AH(t),所 以 可 用 粘 土 高 度 的 变化H(t)来 代 替 体 积 的 变 化V(t),则 式 (1)可 变 为SI=T0H(t)dtT(2)式 中 ,H(t)为 粘 土 高 度 随 时 间 的 变 化 ,mm。由 式 (2)看 出 ,SI值 越 小 ,粘 土 的 膨 胀 程 度 越小 ,防 膨 抑 砂 剂 的 防 膨 性 能 越 好 ;SI值 越 大 ,粘 土的 膨 胀 程 度 越 大 ,防 膨 抑 砂 剂 的 防 膨 性 能 越 差 。防 膨 抑 砂 剂 的 防 膨 率 可 按 式 (3
9、)计 算 :RSI=SI0-SI1SI0100%(3)式 中 ,RSI为 防 膨 率 ,%;SI0,SI1分 别 为 蒸 馏 水和 一 定 浓 度 防 膨 抑 砂 剂 的 膨 胀 指 数 ,mm。1.3.3 抑 砂 性 能 的 测 定填 砂 管 填 砂 (一 端 加0.076mm筛 网 ,从 另 一端 加 入 石 英 砂 ,保 证 每 次 装 砂 量 相 同 ),将 装 好 砂的 填 砂 管 从 无 筛 网 一 端 注 入 地 层 水 至 饱 和 ,再 注入1PV固 砂 剂 溶 液 (注 入 速 度 为1mL/min),在一 定 温 度 下 恒 温 。从 填 砂 管 的 有 筛 网 一 端 ,
10、按 一定 流 量 (每 个 流 量 下 的 注 水 量 不 少 于100mL)注入 地 层 水 ,记 录 开 始 明 显 出 砂 时 的 流 量 值 ,该 值 即为 固 砂 剂 的 初 始 出 砂 流 量 。1.4 试 验 结 果分 别 测 定 了19种 防 膨 抑 砂 剂 的 物 化 参 数 和它 们 在0.5%质 量 分 数 时 的 抑 砂 性 能 (见 表1)。表1 防 膨 抑 砂 剂 的 物 化 参 数 与 抑 砂 性 能类 型固 含 量 ,%密 度 /(g/cm3)粘 度 /mPas pH防 膨 率 ,%初 始 出 砂流 速 /(m/h)渗 透 率下 降 率 ,%TDC-15 76.
11、37 1.2102 2.571036.20 96.8 2.35 6.8PA/D-14 13.42 1.0248 3.761026.71 71.9 1.76 5.5PA/D-39 15.61 1.0317 2.841036.76 85.7 2.94 12.3PTA 77.30 1.2042 3.501035.62 94.1 3.50 13.4P-77 41.15 1.0661 1.511034.55 74.7 1.17 8.1P-78 40.85 1.0577 2.151024.52 63.6 7.05 16.5BF901 25.56 1.0698 1.381023.30 91.3 2.94 5
12、.7SLD-1 77.10 1.2006 6.791035.48 80.2 1.76 16.7LGS-1 29.11 1.0214 6.171014.89 68.5 3.84 9.8OTG-A 35.60 1.0718 4.321026.14 73.2 5.62 6.9TDE 25.74 1.0416 1.791034.32 87.4 2.75 41.2TD 18.64 1.0335 1.611025.48 79.3 3.10 7.2DSP 46.72 1.2013 1.181024.14 43.2 3.50 15.1BG 94.61 2.1700- -54.1 7.05 14.9PA-F1
13、8.71 1.0220 1.701013.75 77.5 4.11 4.6SW-91 27.84 1.0781 3.851024.93 80.4 3.50 23.6P-216 31.50 1.1117 8.741026.74 74.7 5.91 17.1型 产 物73.30 1.1975 272.72 6.30 91.3 4.38 15.2型 产 物6.67 1.0158 22.59 7.21 87.6 5.62 6.4注 :密 度 和 粘 度 值 在30下 测 定 ,pH值 在1%防 膨 抑 砂 剂 的 溶 液 中 测 定 。表1说 明19种 防 膨 抑 砂 剂 都 有 一 定 的 防 膨和
14、 抑 砂 性 能 。2 影 响 因 素2.1 石 英 砂 粒 径 的 影 响研 究 了 石 英 砂 粒 径 对 防 膨 抑 砂 剂 抑 砂 性 能 的影 响 ,试 验 中 防 膨 抑 砂 剂 的 使 用 浓 度 为0.5%,试验 温 度30,试 验 结 果 见 表2。从 表2可 以 看 出 ,随 着 石 英 砂 粒 径 的 增 加 ,初 始 出 砂 流 速 增 加 ,防 膨 抑 砂 剂 的 抑 砂 能 力 减 小 ,当 石 英 砂 粒 径 大 于0.3mm时 ,防 膨 抑 砂 剂 基 本没 有 抑 砂 能 力 。表2 石 英 砂 粒 径 对 防 膨 抑 砂 剂 抑 砂 性 能 的 影 响石 英
15、 砂 粒 径 /mm初 始 出 砂 流 速 /(m/h)蒸 馏 水w=0.5% w=0.5%0.05 0.18 3.40 5.680.050.1 0.42 3.35 5.860.10.15 0.83 3.50 5.910.150.3 1.79 3.74 6.180.30.5 3.98 4.11 6.330.50.8 7.61 7.73 7.82(下 转 第82页 )97第11卷 第4期张森 等.阳 离 子 聚 合 物 防 膨 抑 砂 剂 的 合 成 与 性 能 评 价2004年7月104m3/d,近 期 白 庙 气 田 气 与 一 气 干 气 配 比 为8:15时 ,管 线 内 不 会 有 游
16、 离 水 和 烃 液 析 出 ;远 期 气田 气 份 额 增 加 后 ,则 不 能 保 证 管 线 安 全 运 行 ,应 上脱 水 装 置 ,或 限 制 进 气 量 。经 计 算 知 ,白 庙 气 田 气与 一 气 干 气 配 比 为12:11时 ,天 然 气 符 合 输 气 管道 气 质 标 准 。3.3 远 景 展 望如 白 庙 气 田 经 过 开 发 调 整 、桥 口 地 区 天 然 气产 量 得 以 开 发 ,两 地 区 天 然 气 产 量 、轻 烃 含 量 均 较高 、稳 产 年 限 较 长 ,经 过 比 较 后 ,可 以 考 虑 在 天 然气 产 量 达 到20104m3/d时 在
17、 桥 口 联 东 南 部 、气井 密 集 区 附 近 建 一 座 气 体 处 理 厂 ,设 计 处 理 能 力25104m3/d,采 用 冷 剂 预 冷+膨 胀 制 冷 工 艺 ,分离 出 丙 烷 、丁 烷 、天 然 汽 油 等 产 品 。设C3+收 率70%,通 过 计 算 可 知 ,工 厂 满 负 荷 运 行 后 ,可 回 收 丙烷3300t/a,丁 烷3700t/a,天 然 汽 油3900t/a。若天 然 气 售 价0.9元 /m3,丙 烷 、丁 烷 售价2200元 /t,天 然 汽 油1900元 /t,则 单 烃 增 值 :丙 烷1740元 /t、丁 烷1850元 /t、天 然 汽 油
18、1620元 /t,气 体 处 理 厂 每 年 可 实 现 增 值1900万元 ;工 厂 约 需 投 资1800万 元 ,生 产 成 本 (扣 除 原材 料 )720万 元 /a,静 态 投 资 回 收 期2.7a;经 济 效益 明 显 。该 厂 建 成 后 ,白 庙 气 田 、桥 口 地 区 天 然 气可 实 现 分 压 输 送 ,高 中 压 天 然 气 去 气 体 处 理 厂 ,干气 可 进 中 开 线 ,低 压 天 然 气 经 低 压 管 线 进 黄 河 南低 压 气 用 户 。但 方 案 是 否 可 行 ,需 要 根 据 白 庙 气田 、桥 口 地 区 天 然 气 开 发 实 际 情 况
19、 ,结 合 各 种 因素 ,详 细 论 证 。参 考 文 献1 李 长 俊 ,汪 玉 春 ,梁 光 川 等.天 然 气 管 道 输 送.北 京 :石 油 工 业出 版 社 ,20002 李 国 诚 ,诸 林.油 气 田 轻 烃 回 收 技 术.成 都 :四 川 科 学 技 术 出版 社 ,19983 油 田 油 气 集 输 设 计 技 术 手 册 编 写 组.油 田 油 气 集 输 设 计 技 术手 册 (上 、下 册 ).北 京 :石 油 工 业 出 版 社 ,1994(编 辑邵 晓 伟66666666666666666666666666666666666666666666666)(上 接
20、第79页 )2.2 驱 动 介 质 粘 度 的 影 响研 究 了 驱 动 介 质 粘 度 对 防 膨 抑 砂 剂 抑 砂 性 能的 影 响 ,试 验 中 防 膨 抑 砂 剂 的 使 用 浓 度 为0.5%,试 验 温 度30,试 验 结 果 见 图1。图1 驱 动 介 质 粘 度 对 初 始 出 砂 流 速 的 影 响图1说 明 ,驱 动 介 质 粘 度 越 高 初 始 出 砂 流 速越 小 ,防 膨 抑 砂 剂 的 抑 砂 能 力 越 小 ,当 驱 动 介 质 粘度 大 于50mPas时 ,防 膨 抑 砂 剂 基 本 没 有 抑 砂能 力 。3 结 论(1)合 成 了 两 种 防 膨 抑 砂
21、 剂 ,对 合 成 的 防 膨 抑砂 剂 的 防 膨 和 抑 砂 能 力 进 行 了 评 价 ,并 与 油 田 应用 的 一 些 防 膨 抑 砂 剂 进 行 了 对 比 。结 果 表 明 所 合成 的 防 膨 抑 砂 剂 具 有 较 好 的 防 膨 抑 砂 性 能 。(2)研 究 了 石 英 砂 粒 径 和 驱 动 介 质 粘 度 对 防膨 抑 砂 剂 性 能 的 影 响 ,研 究 结 果 表 明 当 石 英 砂 粒径 大 于0.3mm、驱 动 介 质 粘 度 大 于50mPas时 ,防 膨 抑 砂 剂 基 本 没 有 抑 砂 能 力 。参 考 文 献1 孙 举 ,张 辉 ,李 旭 东 等.无 机 阳 离 子 聚 合 物M941的 合 成 及 应用.钻 采 工 艺 ,1999,22(4):452 赵 福 麟.采 油 用 剂.东 营 :石 油 大 学 出 版 社 ,2001.1543 张 利 平 ,邓 士 奇 ,黄 敏.阳 离 子 聚 合 物AEE用 作 防 膨 抑 砂 剂的 研 究.油 田 化 学 ,2002,19(3):121(编 辑邵 晓 伟 )282004年7月断 块 油 气 田第11卷 第4期
