聚丙烯酸酯類防蠟劑的合成與性能研究

付文耀，李 媛，劉麗麗 (中石油長慶油田分公司第一采油技術服務處，陜西 延安 716000)

聚丙烯酸酯類防蠟劑的合成與性能研究

付文耀，李 媛，劉麗麗 (中石油長慶油田分公司第一采油技術服務處，陜西 延安 716000)

油井結蠟是油井生產過程中經常遇到的問題。使用防蠟劑是解決這一問題最簡單有效的方法之一。以丙烯酸和十六醇為原料，在引發劑和交聯劑的作用下合成了聚丙烯酸高碳醇酯防蠟劑,采用靜態防蠟法篩選出最優防蠟率的防蠟劑,對其合成條件及用量等因素進行了探究，并用紅外光譜表征了結構。結果表明，利用紅外光譜對合成產物的結構進行了表征,其結構與目標化合物一致；最佳合成條件為反應溫度 70℃、反應時間5h、引發劑用量0.15%、交聯劑用量為2%；合成的聚丙烯酸十六醇酯防蠟劑在原油中的適宜加量為800～900mg/L。

聚丙烯酸酯；防蠟劑；合成

我國大部分原油含蠟量高，油井結蠟給油田生產帶來了各種困難,嚴重地降低了石油和天然氣的產量。為了抑制并移出沉積的石蠟,人們已經使用了各種不同方法來處理沉積蠟[1]。目前國內外已開發和運用的清防蠟技術主要有機械清蠟技術、加熱清防蠟技術、內襯油管防蠟技術、化學藥劑清防蠟技術、磁防蠟技術、微生物清防蠟技術等[2]?；瘜W藥劑清防蠟法可以改變原油中蠟的總量，不影響油井正常生產和其他作業，除可以收到清防蠟效果外，使用某些藥劑還可以收到降凝、降粘和解堵的效果，這樣不僅可以解決油井結蠟的問題，而且還可減輕原油在地面管線、輸油設備以及儲罐中的沉積問題，因而具有良好的發展前景。目前油田所使用的化學防蠟劑有稠環芳香烴型、表面活性劑型及高分子型防蠟劑，其中高分子型防蠟劑的非極性部分與蠟共同結晶,而極性鏈接則使蠟晶的晶型產生扭曲,不利蠟晶繼續長大形成網絡結構,因而具有優異的防蠟作用，在各大油田得到了廣泛應用[3-6]。基于此，作者合成了聚丙烯酸高碳醇酯系列防蠟劑,采用靜態防蠟法對其性能進行研究，篩選出性能較好的防蠟劑,并對其合成條件及用量等進行了研究。

1 試驗部分

1.1試劑

十六醇、丙烯酸、對苯二酚、對甲苯磺酸、過硫酸銨、N,N’-二亞甲基丙烯酰胺、0#柴油和石蠟等。

1.2合成原理

酯化反應:

共聚反應:

1.3防蠟劑的合成

1)丙烯酸十六醇酯的合成 在裝有溫度計、攪拌器、分水器、回流冷凝管的三口燒瓶的中加入一定量十六醇、甲苯、對甲苯磺酸和對苯二酚，加熱使其全部溶解，再加入1.2倍量的丙烯酸。加入幾粒沸石，繼續升溫至110～120℃，反應6h，保持分水器中水層液面在原來位置，當不再有水產生時結束反應，冷卻后卸下回流冷凝管，將分水器中分出的酯層和圓底燒瓶中的反應液一起倒入分液漏斗中，用10ml水洗滌一次，分去水層，酯層用飽和碳酸鈉溶液洗滌至弱堿性，再用飽和氯化鈉溶液洗滌至中性，分出有機層，加入無水氯化鈣干燥，過濾，蒸餾除去溶劑后可得到丙烯酸十六醇酯。

2)聚丙烯酸十六醇酯的合成 將丙烯酸十六醇酯加入到三口燒瓶中，加甲苯溶解，加入0.2%引發劑過硫酸銨，升溫至60℃，攪拌下回流反應4h。冷卻至室溫，蒸餾除去溶劑后可得到聚丙烯酸十六醇酯。

1.4防蠟率的測定

1)試液的制備 在2個500ml的燒杯中各加入25g石蠟和75g柴油，加熱至50℃，使石蠟完全溶解，分別倒入2支試液管中。在其中一支試液管中加入一定量的防蠟劑(一般加入量為800mg/L)，攪拌均勻即為加藥試液，另一管不加防蠟劑則為空白試液。

2)結蠟管的安裝 將結蠟管先后用石油醚、蒸餾水、乙醇洗凈，放入100℃烘箱中烘干，冷卻至室溫后稱量，精確至0.0001g，然后將結蠟管安裝在由水浴鍋和燒杯組成的結蠟裝置中。

3)結蠟試驗 將試液的溫度控制在40℃，結蠟管的溫度控制在30℃。待溫度穩定后開始反應并記時，在反應過程中用磁轉子不停攪拌試液使其均勻，30min后停止反應。拆下結蠟管，冷卻至室溫后稱量，精確至0.0001g。

1.5結果計算

1)蠟沉積量的計算 蠟沉積量的計算公式如下:

ma=mt-me

式中，ma為蠟沉積量，g；mt為蠟沉積量與結蠟管的總質量，g；me為結蠟管的質量，g。

2)防蠟率的計算 防蠟率的計算公式如下：

f=[(m0-mf)/m0]×100%

式中，m0為加藥試液的蠟沉積量，g；mf為空白試液的蠟沉積量，g。

2 結果與討論

2.1產物的表征

圖1 聚丙烯酸十六醇酯紅外光譜

通過紅外光譜對合成的化合物進行結構鑒定。聚丙烯酸十六酯的紅外光譜主要吸收峰如下(見圖1):在2917.99cm-1、2850.40cm-1分別出現甲基、亞甲基吸收峰,在1731.98cm-1出現羰基的吸收峰,在 1467.37cm-1左右出現亞甲基變形的吸收峰, 取代了單體中 1637.0cm-1、1620.0cm-1左右出現的碳-碳不飽和雙鍵的特征吸收峰,說明丙烯酸十六醇酯單體已經完全轉化為聚丙烯酸十六醇酯。

2.2合成條件優化

聚合反應溫度、聚合反應時間、引發劑用量、交聯劑用量等試驗條件對合成的共聚物的防蠟效果有很大影響,為了研究最佳合成條件,進行了優化試驗。根據因素和水平的選擇(4因素4水平)，設計成L16(44)的正交表(見表1)。

表1 正交試驗設計及結果分析

從表1可以看出，聚丙烯酸十六醇酯防蠟劑最佳合成條件如下：反應溫度為70℃；反應時間5h；引發劑用量為0.15%；交聯劑用量為2%。

2.3防蠟劑加量對防蠟率的影響

防蠟劑加量對原油的防蠟降凝有很大影響。表2所示為不同防蠟劑加量條件下的防蠟率。

表2 不同防蠟劑加量條件下的防蠟率

由表2可知，隨著防蠟劑的加量增大,防蠟率也相應增大；防蠟劑的加量增大到900mg/L后，再增大防蠟劑加量，防蠟率增大的程度明顯降低。其原因是當防蠟劑的加量很少時，分子中極性原子或基團的數目和非極性支鏈的數目都很少，不能有效阻止蠟的結晶析出，其對應的防蠟率就低；繼續增加防蠟劑的加量，極性原子或基團的數目和非極性支鏈的數目相應增多，進一步增大防蠟劑加量，其在原油中的吸附已接近飽和。因此，聚丙烯酸十六醇酯防蠟劑的適宜加量為800～900mg/L。

3 結 論

1)利用紅外光譜對合成產物的結構進行了表征,其結構與目標化合物一致。

2)最佳合成條件為聚合反應溫度70℃、反應時間5h、引發劑用量0.15%、交聯劑用量為2%。

3)合成的聚丙烯酸十六醇酯防蠟劑在原油中的適宜加量為800～900mg/L。

[1]彭向明，項明杰.油井結蠟機理及清防蠟技術在靖安油田的研究應用[J].石油化工應用，2007,26(4):24-26.

[2]劉愛華，章結斌，陳創前.油田清防蠟技術發展現狀[J].石油化工腐蝕與防護，2009,26(1)：11-13.

[3]陳剛，湯穎，鄧強,等.聚丙烯酸酯類防蠟劑的合成與性能研究[J].石油與天然氣化工,2010,39(2):140-143.

[4]劉忠運，陸曉峰，湯超，等.油田清防蠟劑的研究進展及發展趨勢[J].當代化工，2009,38(5)：2-4.

[5]陳大均,陳馥.油氣田應用化學[M].北京：石油工業出版社，2006.

[6]張煜.YS-3清防蠟劑的研制[J].石油天然氣學報(江漢石油學院學報)，2006,28(9):136-137.

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.09.019

TE358.2

A

1673-1409(2012)09-N055-03

2012-06-15

付文耀(1965-)，男，1999年大學畢業，工程師，現主要從事油田開發管理方面的研究工作。

[編輯] 李啟棟