旅大10-1油田含聚采出水腐蚀与结垢行为研究

论文摘要

渤海旅大10-1油田采用注水开采方式,开采过程中产生的污水与水源井水混合处理后回注进入储层。采出水具有较高的矿化度,主要含有Ca2+、Mg2+、HCO32-、CO32-等成垢无机离子,同时还含有H2S、CO2、O2等溶解性气体。因此采出水会对污水处理流程中各种管线设备造成一定的腐蚀和结垢,影响正常生产和回注效果。同时,注聚开采使得采出水中含有一定量的残余聚合物,地面处理工艺流程中也会加入一些化学药剂,这些有机物相互作用及其与腐蚀结垢产物之间的作用都会影响水质,进而影响油田的正常生产。本文结合LD10-1现场水处理工艺状况,对油田采出水水质和腐蚀的影响因素进行分析,研究了聚合物（HPAM）对油田采出水腐蚀和结垢的影响规律,分别探究了合成的油酰胺咪唑啉缓蚀剂和现场用阻垢剂的缓蚀和阻垢机理。取得的主要研究成果如下：（1）分析了温度、H2S含量、C02分压、微生物、02、聚合物浓度和分子量等各种因素对采出水腐蚀及结垢的影响。结果发现,在旅大10-1水处理流程中,聚合物的存在对腐蚀和结垢存在一定的影响。（2）通过模拟油田采出水腐蚀和结垢状况,分别采用失重法、电化学方法、碳酸钙沉积法和软硬垢测试研究了产出聚合物分子量和浓度对采出水腐蚀和结垢的影响规律。结果发现,HPAM对金属的腐蚀起到混合抑制缓蚀的作用,并在阻抗图中出现了明显的Warburg阻抗特征；此外,聚合物的加入使得总垢和硬垢生成量明显减少,同时溶液中游离钙离子浓度总体呈增加趋势。（3）针对油田防腐实际需要,采用溶剂法合成了油酰胺咪唑啉型缓蚀剂,并对其进行改性和复配,研发出一种适用于油田含聚采出水的水溶性油酰胺咪唑啉季铵盐缓蚀剂。采用失重法、电化学方法等评价了该缓蚀剂及其复配物的缓蚀性能,并将其与现场缓蚀剂BHH-08进行对比,结果发现,三者在相同加药浓度下,复配缓蚀剂的缓蚀效果最好。（4）通过电化学测试和对腐蚀产物膜的结构成分及形貌分析,提出了咪唑啉类缓蚀剂在含聚污水中的缓蚀机理：吸附机理和成膜机理。证实了该咪唑啉类缓蚀剂属于混合吸附成膜型缓蚀剂,与采出水中聚合物产生一定的协同作用,减缓了金属设备的腐蚀。（5）针对油田结垢问题,运用碳酸钙沉积法研究了聚合物与现场阻垢剂的协同作用规律。并通过电化学石英微晶天平测试技术、水体中软垢和硬垢的电镜扫描、能谱和X射线衍射分析,进一步研究了聚合物与阻垢剂之间的协同作用机理。HPAM和阻垢剂BHF-04分别通过螫合增溶、晶格畸变以及静电斥力作用抑制了钙垢的生成。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 LD10-1油田注聚开采概况
• 1.2.1 LD10-1油田概况
• 1.2.2 LD10-1注聚调研简述
• 1.3 LD10-1油田污水处理工艺简述
• 1.4 油田采出水的腐蚀与防腐概述
• 2腐蚀机理'>1.4.1 油田采出水的CO₂腐蚀机理
• 1.4.2 油田污水用缓蚀剂的种类
• 1.4.3 油田污水用缓蚀剂的作用机理
• 1.5 油田采出水结垢防垢概述
• 1.5.1 碳酸钙结垢机理
• 1.5.2 油田污水用阻垢剂的种类
• 1.5.3 油田污水用阻垢剂的作用机理
• 1.6 研究目的及研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验药品及仪器
• 2.1.1 实验药品
• 2.1.2 模拟溶液介质的配制
• 2.1.3 实验仪器和实验材料
• 2.2 油酰胺咪唑啉季铵盐的制备
• 2.2.1 油酰胺咪唑啉季铵盐合成原理
• 2.2.2 油酰胺咪唑啉季铵盐合成实验装置
• 2.2.3 油酰胺咪唑啉季铵盐的合成步骤
• 2.3 腐蚀行为的研究方法
• 2.3.1 失重法
• 2.3.2 电化学方法
• 2.4 结垢行为的研究方法
• 2.4.1 阻垢试液的配制
• 2.4.2 评定方法及计算公式
• 2.5 石英微天平（EQCM）测垢方法
• 2.6 扫描电子显微镜（SEM）和X射线能谱（EDS）分析方法
• 2.7 X射线衍射（XRD）分析方法
• 第3章 油田含聚采出水的腐蚀规律研究
• 3.1 LD10-1油田采出水腐蚀的影响因素分析
• 3.1.1 矿化度对油田采出水腐蚀规律的影响分析
• 3.1.2 温度对油田采出水腐蚀规律的影响分析
• 3.1.3 现场微生物检测及对腐蚀的影响分析
• 3.1.4 现场采出水中溶解氧对腐蚀的影响分析
• 2对腐蚀的影响分析'>3.1.5 CO₂对腐蚀的影响分析
• 2S对腐蚀的影响分析'>3.1.6 H₂S对腐蚀的影响分析
• 3.1.7 垢下腐蚀分析
• 3.2 产出聚合物对油田采出水腐蚀规律的影响
• 3.2.1 聚合物浓度及分子量对油田采出水腐蚀的影响规律
• 3.2.2 聚合物浓度及分子量对油田采出水腐蚀的电化学评价
• 3.3 本章小结
• 第4章 缓蚀剂对油田采出水的防腐规律研究
• 4.1 咪唑啉缓蚀剂的合成及结构表征
• 4.2 油酰胺咪唑啉缓蚀剂的性能研究
• 4.2.1 温度对油酰胺咪唑啉缓蚀剂缓蚀效率的影响
• 4.2.2 时间对油酰胺咪唑啉缓蚀剂缓蚀效率的影响
• 4.2.3 浓度对油酰胺咪唑啉缓蚀剂缓蚀效率的影响
• 4.2.4 浓度对复配缓蚀剂缓蚀效率的影响
• 4.3 缓蚀剂对现场采出水的防腐效果研究
• 4.4 含聚污水中油酰胺咪唑啉缓蚀剂的缓蚀机理研究
• 4.4.1 含聚污水用缓蚀剂缓蚀作用的电化学机理研究
• 4.4.2 腐蚀产物膜的结构形貌分析研究
• 4.4.3 咪唑啉类缓蚀剂在含聚污水中的缓蚀机理探讨
• 4.5 本章小结
• 第5章 油田含聚采出水的结垢规律研究
• 5.1 各影响因素对油田采出水结垢规律的影响
• 5.1.1 温度对油田采出水结垢规律的影响
• 5.1.2 聚合物浓度和分子量对油田采出水结垢规律的影响
• 5.1.3 现场药剂对油田采出水结垢规律的影响
• 5.2 聚合物及阻垢剂的阻垢机理研究
• 5.2.1 在不含易形成沉淀的阴离子溶液中研究聚合物的阻垢机理
• 5.2.2 石英晶体微天平（EQCM）研究聚合物及阻垢剂的协同阻垢机理
• 5.2.3 碳酸钙垢的结垢形貌分析
• 5.2.4 阻垢剂在含聚污水中的作用机理探讨
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果