防蜡剂的合成与性能研究

XXXX 大学本科毕业设计（论文）防蜡剂的合成与性能研究摘要：随着温度继续降低，蜡便不断析出，结晶也不断析出、长大、聚集并沉积在油管壁上造成油井结蜡。结蜡对原油的采出、集输和储存等均有较大的影响,严重时可以导致油井停产。它和出沙，结垢并列为采油过程中存在着的三大难题。成为国内外油田化学品合成研究中普遍关注的研究课题。本文主要研究了丙烯酸酯/酰胺、菜籽油，大豆油/酰胺系列的防蜡剂的的合成与效果。 本文合成了聚丙烯酸十二酯、聚丙烯酸十四酯、聚丙烯酸十六酯、聚丙烯酸十八酯等。并用静态结蜡法对其效果进行评价。关键词：结蜡，防蜡，合成，聚合物XXXX 大学本科毕业设计（论文）Wax Synthesis and PropertiesAbstract: As the temperature continues to decline，wax have been precipitated，Crystallization has been precipitated, grew up together and deposited on the oil well tubingcaused by oil pipeline wax. It have a greater influence on crude oil, transportation and storage, severe cases can lead to oil production. There are three major problems, paraffin deposit and the hourglass, scaling as a production process of scaling,. Become the field of chemical synthesis of the research topics of common concern at home and abroad. The paper studied of the acrylate / amide, rape seed oil, soy bean oil / wax amide series of synthetic agents and effect. This paper presented a method of the synthesis of acrylic acid ester 12, polyacrylic acid ester 14, polyacrylic acid ester 16, such as polyacrylic acid ester 18 act.Wax with a static method to evaluate their effectiveness.Key words: Wax, paraffin, synthetic polymer第二章 实验部分1百手起驾 整理为您目 录1 绪 论 .21.1 防蜡的简介 .21.2 常见的化学淸防蜡剂 .21.2.1 化学清蜡剂 .21.2.2 化学防蜡剂 .31.3 其它清防蜡法 .41.4 国内外研究现状 .51.5 本论文主要研究的内容 .62 实验部分 .72.1 实验所用主要仪器设备与原料、试剂 .72.2 实验药品 .72.3 实验测定防蜡率的方法 .72.3.1 聚丙烯酸酯合成实验 .82.3.2 菜籽油，豆油系列的处理与合成 .103 结果与分析 .123.1 防蜡剂的防蜡实验 .123.1.1 配制原油替代品 .123.1.2 防蜡的条件选择 .123.2 各类合成化合物的防蜡率的测定 .143.2.1 加 N,N-二亚甲基丙烯酰胺的丙烯酸类化合物的防蜡率 .143.2.2 未 N,N-二亚甲基丙烯酰胺的丙烯酸类化合物的防蜡率 .153.2.3 表面活性剂系列 .153.2.4 其它化合物的防蜡率测定 .163.3 加入交联剂的量的丙烯酸十六酯的优化配比 .163.4 红外图谱分析 .174 结论 .20参考文献 .21致 谢 .22第二章 实验部分2百手起驾 整理为您1 绪 论1.1 防蜡的简介采油过程中存在着的三大难题:出砂、结垢、结蜡, 给原油的开采和施工带来很多麻烦。蜡在油层条件下通常以溶解态存在， 然而在开采过程中，含管蜡原油沿着油上升。随着压力不断降低，以及轻质组分的不断逸出和温度的下降，原油中的蜡开始结晶逸出, 并不断沉积当原油温度低于临界浊点温度时，蜡晶分子就会向固体表面扩散, 并以此为中心开始形成固体三维网状结构，蜡晶呈薄片状或针状吸附在管壁上， 进而导致油井产量下降, 甚至造成停产 1。在原油的采出过程中,结蜡是一种普遍存在的现象。结蜡对原油的采出、集输和储存等均有较大的影响,油田常用各种手段来防止或减轻原油的结蜡状况。结蜡主要分为蜡晶生成、蜡晶长大析出和蜡的沉积三个过程。将结蜡控制在任何一步,都可以起到防止油井结蜡的目的。油田常用的油井清防蜡方法主要有机械清防蜡、热力清防蜡、表面能防蜡、化学剂清防蜡、超声波清防蜡、强磁清防蜡和微生防蜡技术等。按其目的不同又可分为清蜡和防蜡两类。生产实践中, 应根据油井的含水、含蜡量选用合适的清防蜡技术, 才能对清防蜡达到经济、满意的效果 2。目前油田现场所使用的防蜡剂有稠环芳香烃型、表面活性剂型与高分子型三类高分子型防蜡剂由于其独特结构和优异性能, 具有良好的应用前景. 目前的发展趋势是开发新型多效高分子型防蜡剂以及将高分子型防蜡剂与表面活性剂和芳烃型复配使用的防蜡剂生产实践中, 应根据油井的含水、含蜡量选用合适的清防蜡技术, 才能对清防蜡达到经济、满意的效果。用化学防蜡剂防蜡可以使得开采成本更加廉价、高效，对稠油的开采以及运输有着很重大的意义。1.2 常见的化学淸防蜡剂1.2.1 化学清蜡剂a油基清蜡剂油基清蜡剂是一种溶蜡量很大的溶剂, 能将已形成的蜡溶解。目前，国内外常采用的溶剂有二硫化碳、四氯化碳、氯仿、苯、二甲苯、汽油、煤油、柴油、凝析油和石油醚等。为进一步提高清蜡效果，在其中常引入表面活性剂，以提高溶剂的分散、渗透、洗净作用。油基清蜡剂清蜡效果好，但通常使用的溶剂毒性大，易燃、易爆、易被原油稀释，使其应用受到限制。如清蜡效果好的凡因其毒性大易使炼油第二章 实验部分3百手起驾 整理为您催化剂中毒而停止使用。目前，含硫、氯的溶剂因对人体毒性大，使用越来越少。b水基清蜡剂水基清蜡剂是以水为分散介质、以表面活性剂为主、溶剂为辅同时加有互溶剂、碱性物质的清蜡剂。表面活性剂的作用是润湿反转，使结蜡表面反转为亲水表面, 有利于蜡的脱落同时可使油蜡的界面张力降低, 且活性剂分子可穿透蜡的结构, 破坏蜡单个分子和管壁间的粘结力，从而将其从管壁上清除。使用的表面活性剂分为阳离子、阴离子和非离子型。水基清蜡剂以表面活性剂为主，由于表面活性剂价格高，使用浓度大，且清蜡效率低，不易推广。开发新型高效的表面活性剂，降低使用成本，提高使用效率是该类清蜡剂的发展方向。C乳液型清蜡剂针对以上两种清蜡剂的不足，近年来发展起了乳液型清蜡剂。乳液型清蜡剂是采用乳化技术，将清蜡效率高的溶剂作为内相，将表面活性剂水溶液作为外相配制的水包油型乳状液。类清蜡剂既保留了有机溶剂及表面活性剂的清蜡效果，又克服了此类溶剂对人体的毒害。从安全、无毒、高效、清防结合的特点来看，乳液型清蜡剂具有良好的发展前景。1.2.2 化学防蜡剂化学防蜡剂主要分为以下三种:a.稠环芳香烃型防蜡剂其防蜡机理，一是作为晶核，即在石蜡的晶核析出之前已大量析出，使石蜡晶体以分散状态悬浮在油流中带走二是通过吸附作用参与组成晶核, 使晶核扭曲，阻止晶核长大，达到防蜡的目的，如萘、蒽、菲等。b. 高分子型防蜡剂高分子型防蜡剂大多数为油溶性的，是含有石蜡链节的支链型高分子聚合物。使用时, 将其注人井内与原油混合，在浓度很低的情况下就能形成遍布整个原油组织中的网状结构。若原油温度降低，石蜡在网上析出, 其结构为空旷、疏松、呈树枝状或聚结树枝状的结晶堆砌体, 阻止蜡的沉积。从广义角度讲这类防蜡剂可以称为蜡晶改进剂，它是改变蜡晶的析出大小，来阻止石蜡分子间连接成凝胶或聚结成块，从而阻止蜡的沉积。同时还可降低原油倾点和粘度, 改善原油泵送性能。聚合物型防蜡剂主要有两大类，即均聚物和共聚物，且多为自由基聚合，其结构多含有长链烃和极性基团并且均引人了含有个碳以上的柔性碳链，通过酷基、胺基等与主链相连。这些聚合物在原油中与蜡晶分子发生共晶或吸附，抑制或分散蜡晶。由于原油的多组分复杂性，各个油田原油组成不同，因此防蜡剂很难适应各地原油，所以其应用范围受到局限。c. 表面活性剂型防蜡剂第二章 实验部分4百手起驾 整理为您（1）油溶性表面活性剂这类活性剂是通过吸附在蜡晶上，使之变成极性表面，不利于非极性石蜡在它上面的结晶，阻止蜡分子的进一步沉积。这类活性剂主要为石油磺酸盐和胺类聚合物，如合成脂肪酸的二胺盐，烷基烷基芳基石油磺酸盐，用油醇、油胺、烷基酚醛树脂合成的环氧乙烷聚醚类和苯甲酸茶醋也可配制油溶性防蜡剂。（2）水溶性表面活性剂这类表面活性剂从两方面起作用拥有两亲结构, 根据相似相溶原理，水可以在蜡晶周围形成一个以非极性基团为内层，极性基团为外层的分子吸附膜，外膜可吸附体系中的水而形成一层活性水化膜来阻止蜡分子的进一步沉积在结蜡表面如油管、抽油杆和设备等表面吸附，造成极性反转，从而阻止蜡在其表面的沉积。水溶性表面活性剂主要是胺盐型、平平加型和OP型、聚醚型和Tween型,也可用硫酸醋化或磺烃基化的平平加型活性剂。除此之外油田常用的油井清防蜡方法主要有机械清防蜡、热力清防蜡、表面能防蜡( 内衬和涂料油管) 、超声波清防蜡、强磁清防蜡和微生物清防蜡技术。1.3其它清防蜡法(1) 机械清蜡技术。将清蜡工具下入井内，刮除油管壁上的蜡，并靠液流将蜡带至地面。在自喷井中采用的清蜡工具主要由刮蜡片和清蜡钻头等。一般情况下采用刮蜡片， 如果结蜡严重，则用清蜡钻头。有杆抽油井是利用安装在抽油杆上的活动刮蜡器清除油管和抽油杆上的蜡。常用尼龙刮蜡器，在抽油杆相距一定距离(一般为冲程长度之半) 两端固定限位器，在两限位器之间安装尼龙刮蜡器，它随抽油杆在油管中作上下往复运动，刮掉油管和抽油杆上的蜡，并随液流带走，达到清蜡的目的。(2) 热力清防蜡技术。热力清防蜡技术是利用热能提高井筒流体温度达到清防蜡的一种方法。对于含蜡原油，当原油温度超过析蜡温度时，则起油井防蜡作用。 当温度超过蜡的熔点时，则起到油井清蜡作用。对于高凝油及稠油，则利用其流动性对温度敏感的特性，通过井筒加热达到降粘降阻的目的。热力清防蜡技术根据其加热介质不同分为热载体循环和电加热两大类。(3) 化学药剂清防蜡技术。用化学剂对油井进行清防蜡是目前油田应用较为广泛的一种技术，这是因为通常将药剂从油套管环形空间注入，不影响油井正常生产和其它作业，除可以收到清防蜡效果外，使用某些药剂还可以收到降凝、降粘和解堵的效果。目前，化学清防蜡剂有油溶型、水溶型和乳液型三种液体清防蜡剂，此外还有固体防蜡剂。(4) 油管内衬和涂层防蜡。油管内衬和涂层防蜡可提高管壁的光滑度，改善表面润湿性( 达到亲水憎油) ，使蜡不易沉积，从而达到防蜡的目的。应用较多的是玻璃衬里油管及涂料油管。玻璃衬里油管是在油管内壁衬上由SiO2 第二章 实验部分5百手起驾 整理为您、Na2O、CaO、Al2O3 、B2O3 等氧化物烧结而成的玻璃衬里，其玻璃表面十分光滑且具有亲水憎油特性, 同时也具有良好的隔热性能。涂料油管是在油管内壁涂一层固化后表面光滑且亲水性强的物质，目前应用较多的是聚氨基甲酸酯类的涂料。涂料油管不耐磨，不适用于有杆泵和螺杆泵抽油井，主要用于自喷井和连续气举井防蜡。(5) 超声波 电热清防蜡技术。目前油田采油中所用的超声波技术主要是利用超声波的声能击碎原油和石蜡的高分子链，使之变为低分子链，提高了流动性，但其利用的电能一部分转为声能而另一部分转为热能，而转为热能的部分则白白地浪费了。超声波电热清蜡装置既利用了电能转换成的声能，又利用了电能在传输过程中释放的热能，对能源进行了综合利用。其主要机理是将发射机产生的大功率电振荡传输给布设在结蜡区的换能器，将电振荡转换成强声压波，作用于结蜡区,再辅以电热元件释放的热能，使油井结蜡有序地脱落，达到解蜡目的。(6) 超声波复合防蜡技术 (超声波+ 固体防蜡剂) 。超声波复合防蜡技术是把固体清蜡剂防蜡与超声波振荡器防蜡有机结合起来的一种防蜡新工艺。超声波振荡器是依据超声波原理设计的。当油流通过时，振荡产生的声化作用可有效地破坏和延缓石蜡结晶，还可降低原油的表面张力，同时它还起到充分搅拌混合固体防蜡剂与原油的作用，提高了防蜡效果。(7) 环空超声波清防蜡技术。环空超声波技术是在借鉴现有超声波清防蜡解堵技术的基础上，结合偏心井口的实际情况，所设计出的一种新型清蜡技术。在偏心井实际清蜡时, 首先利用车载发电机组向发射机提供所需电能，然后将小直径换能器用特种电缆与车载超声波发射机连接，并将换能器通过连接电缆，从偏心井口的测试闸门工作孔下入油套环空850m ， 过理论结蜡点位置后开机，利用超声波和电热清除结在抽油杆、油管和套管壁上的积蜡，从而达到清蜡的目的。(8) 强磁防蜡技术。当石蜡分子结晶时，诱导磁矩与分子间的力相互干扰并破坏了石蜡分子中瞬间极的取向，削弱了石蜡分子结晶时的色散力，抑制了石蜡结晶核的生产，阻止了石蜡结晶体的生长和聚集，从而达到防蜡的目的。一旦原油在磁处理前已有石蜡析出，由于原油中的蜡晶带有电荷，当这种含有蜡晶的原油经磁场处理时， 受到洛仑兹力的作用，破坏了晶体原有的定向生长速度，使结晶畸形, 以细小的颗粒状悬浮在原油中。影响磁防蜡器应用效果的主要因素有井内流体速度、磁场强度、原油及蜡的性质、油井的含水量和环境温度等。(9) 微生物清防蜡技术。微生物清防蜡技术是近年来发展起来的一种技术，在我国已逐步推广应用，目前已在大庆、中原和冀东等油田开展了试验和现场应用。微生物种类很多，有细菌、放线菌和真菌(包括霉菌和酵母菌) 几大类。用于清防蜡的微生物主要有两种：一种是食醋性微生物，一种是食胶质和沥青质微生物。第二章 实验部分6百手起驾 整理为您1.4 国内外研究现状在地层中，原油中所含的蜡处于溶解状态，当原油被采出过程中，随着温度、压力的降低，原油中的蜡逐渐析出，油井在一定的深度内开始结蜡。大量的研究表明，当温度降低到某一数值时，原油中溶解的蜡便开始析出，通常把这个开始析出的温度称为“ 初始结晶温度 ”。当原油温度低于初始结晶温度时，便有蜡的结晶出现。随着温度继续降低，蜡便不断析出，结晶也不断析出、长大、聚集并沉积在油管壁上造成油井结蜡。所以说，结蜡过程分为三个阶段，即析蜡、蜡晶长大和沉积阶段。若蜡是从某一固体表面（如油管表面）的活性点析出，此后蜡就在这里不断长大引起结蜡，则结蜡过程就只有前面两个阶段。石蜡控制技术按原理可分为热能法（美国Sandia 国家实验室已开发出预测应用热油处理法和热处理法时井底温度的软件 2）、机械法及化学法三类, 按作用目的又可分为防蜡和清蜡两大类。用化学防蜡剂防蜡则是油田常用的一种防蜡方法。化学防蜡剂有三大类型:稠环芳香烃型、表面活性剂型和高分子型防蜡剂。目前油田现场所使用的防蜡剂有稠环芳香烃型、表面活性剂型与高分子型三类 3。聚合物型防蜡剂是类聚合物，常用的聚合物型防蜡剂有聚乙烯、聚丙烯酸酯、乙烯-醋酸乙烯醋共聚物（EVA）、乙烯-羧酸乙烯酯共聚物及丙烯酸醋及其共聚物等 4。这类聚合物的非极性部分与蜡共同结晶，而极性链接则使蜡晶的晶型产生扭曲，不利蜡晶继续长大形成网络结构；并且原油中蜡的主链碳数在18-38范围而以24为峰值，因而有优异的防蜡作用 3。防蜡剂有三种使用方法：1. 配制成油溶液使用使用时，将油溶液注射到油井结蜡段以下与油混合而起作用。如德国的Bayer公司制造的KA 8050,KA 8052.德国的Wacker 公司制造的WACKER VAE.2. 制成中空的防蜡块使用使用时，将防蜡块安在防蜡管中，与油管一起下到油井结蜡段以下，通过原油对防蜡剂的缓慢溶解而起作用。如美国Quantum公司制造的Vynathene,EY90-25, EY903-25.3. 沉积在近井地带使用这种方法也是通过原油对防蜡剂的缓慢溶解而起作用 3。防蜡剂的发展有三个趋势：a.在三种类型防蜡剂中，以聚合物型防蜡剂发展最快，这是由于它的效果最好，品种多，适应性强等特点决定的。b.各种防蜡剂的多复配使用，利用他们的协同效应提高防蜡效果。c.将防蜡剂设置在地层，让它缓慢为原油溶解而在较长时间内起到防蜡作用 1。第二章 实验部分7百手起驾 整理为您有关研