[发明专利]一种大环化合物超分子溶垢材料合成方法及其应用

说明书

本发明公开了一种大环化合物超分子溶垢材料合成方法，包括如下步骤：(一)超分子包合体的制备；(二)超分子防垢剂的复配。本发明基于主、客体合成的包合体形成超分子，同时添加增溶剂、络合剂等助剂形成防垢剂，能够应用于石油行业中油气田及其它工业清防垢领域，特别适用于钡锶垢防治，超分子防垢剂pH值为9左右，环境友好，提高了防垢效率和防垢效果。

技术领域

本发明涉及石油行业采油、采气工程技术领域，具体涉及一种大环化合物超分子溶垢材料合成方法及其应用。

背景技术

随着油田开发陆续进入中后期，含水率持续上升，油田水中大量的钡、锶离子易生成硫酸钡、硫酸锶垢，在地层、井筒、设备和地面系统等中会发生结垢，从而堵塞油气孔隙和通道，造成渗透率降低，油气产量减少，能耗增大和产生垢下腐蚀，严重影响油田的正常生产，降低生产效率，甚至注水井报废，特别是钡锶垢不溶于酸，其质地坚硬，很难清除，给油田的后期开发带来极大挑战。

当注入水中含大量Ba²⁺时，与地层水中SO₄²⁺相遇易产生BaSO₄垢。由于硫酸钡具有极低的溶度积，且产生沉淀的速度快于其他类型的垢。由热力学不稳定造成的结垢，是由于温度、压力、pH、盐含量等影响因素的改变，打破原有的BaSO₄在水中溶解平衡而造成沉淀物析出。油田钡锶垢伤害是油田水驱、气驱、化学驱所普遍面临的问题，如何防治钡锶垢仍然是世界性难题之一。

共聚物防垢剂具有性能优越、热稳定性好，可与有机膦酸盐协同作用等优点，对钡、锶离子有较好的络合作用，现己成为水处理剂的研究热点。防垢剂主要通过鳌合和吸附起到防垢作用。具有螯合能力的防垢剂将Ba²⁺和Sr²⁺进行鳌合，使其不能与SO₄²⁺反应生成硫酸钡、锶垢。在聚合物鳌合剂分子设计中应考虑尽量多带有螯合能力强的基团，达到更好的防垢目的。

含羧酸基团聚合物因其分子链中含有大量羧酸基团，能对水中的钡、锶离子起螯合作用和晶格畸变作用；增加分子的水溶性，可以增加其微溶盐在水中的饱和溶解度。但分子中仅含有羧基的聚合物在高盐的水溶液中容易生成凝胶，若是在分子中引入羟基、酰胺基、磺酸基，就能提高防垢剂的溶解性，以防止凝胶的生成。常见的含有羧酸基的单体有丙烯酸、马来酸和马来酸酐等。

磺酸基团为强极性基团，其水溶性强，易在极性溶剂中溶解。此基团上的两个○键和3个强电负性氧共用一个负电荷，使其对外界阳离子的进攻不敏感。防垢剂分子中含有大量的羧酸基团和一定比例的磺酸基团，能够提高防垢剂抗温、抗盐的性能，扩大了羧酸类聚合物防垢剂的应用范围。常见的单体有:烯丙基磺酸钠。

含磷基团，该基团对钡、锶离子具有优异的螯合能力。一般与次磷酸钠反应得到此基团。

脂基基团，该基团是可防止聚合物凝胶的活性基团，脂基基上具有较高的电子密度，又有较好的吸附作用，通过对生成的晶粒的吸附改变晶体的生长过程。

共聚物类防垢剂是国内外主要研究的热点，并涌现出一大批以聚丙烯酰胺、聚马来酸-丙烯酸类为代表的防垢剂产品，聚合物硫酸钡、锶防垢剂的加量在20mg/L-200mg/L，在温度70℃以上防垢率均在80％以上，但在实际使用中都存在用量大，且仅对低离子浓度的硫酸钡和硫酸镌垢有防垢效果、对高离子浓度的硫酸钡和硫酸镌垢防垢效果低的缺点。

常规的防垢剂一般是通过鳌合反应实现防垢，不但效果欠佳，而且不能从根本上解决防垢问题。近年来，超分子材料技术发展迅猛，可以利用超分子分子识别及自组装功能形成含有巨量螯合基团的网状结构超分子防垢材料，以提高螯合能力，网状结构同时能够改变晶体生长过程；可以利用超分子分子识别和化学键作用，排斥设备表面原来的垢层，具有清垢功能，展示了超分子材料在油田防垢领域应用前景，研究开发超分子防垢剂产品，替代采油、采气工程领域中现有的防垢剂，特别在油气田钡锶垢防治技术领域，提高防垢效率、增加清垢功能，提高技术应用效果。