文摘
矿物沉淀的危害之一,在油田生产比例,主要体现在以下三个方面:它会导致渗透率降低,产能,在水库的水吸入能力;管道的流动区域萎缩,这可能提高流体流动阻力,甚至导致关闭;和扩展也可以导致压力损失,严重时可能会导致爆管。因此,扩展不仅提高了生产成本,而且对安全生产构成了严重的威胁。规模注入抑制剂在注水过程中是主要的战斗规模建设的方法。抑制剂或抑制剂之间的吸附效率和规模是决定成败的关键因素阻垢剂紧缩的治疗。先前的研究已经证实,抑制剂和规模表面之间的交互中扮演一个重要的角色在预防和控制。尽管许多研究已经进行缓蚀剂效率和抑制机制,全面了解inhibitor-scale互动还可用表面和抑制剂之间的吸附行为和规模需要进一步的研究。于是,本研究提出了绩效评估和计算研究的三个抑制剂,包括EDTMPS DTPMP, DTPA-5Na基于唐代油田的尺度预测结果。这是发现贝索4主要类型的扩展和防锈性能的三个抑制剂实验显示为DTPA-5Na > DTMP > EDTMPS浓度从40 mg / L到120 mg / L。贝索的SEM显微图4表面没有和抑制剂的浓度存在80 mg / L表明抑制剂贝索显然影响晶体生长的过程4晶格畸变和螯合效应。此外,密度泛函理论(DFT)计算瓦解,吸附抑制剂三种贝索表面相互作用的能力4增加的顺序DTPA-5Na > EDTMPS > DTPMP。DPTA-5Na可能吸附在表面的贝索4而DTPMP和EDTMPS倾向于被吸附在表面(210)和(001)贝索4分别通过化学和物理效应。计算不同的费用和DOS分析表明DTPA-5Na与贝索4通过结合氧和钠原子形成新的化学键而EDTMPS和DTPMP和贝索互动4通过结合氢原子和氧原子形成物理债券。研究结果可以提供一个更好的理解之间的交互抑制剂和规模的表面,也可以预防和重晶石规模进一步发展奠定科学基础的抑制剂。
1。介绍
注水在石油行业对石油生产至关重要,它提供生产能源,从而提高了开发的效率。然而,它也带来了问题,如缩放和腐蚀,油田系统[造成很大威胁1]。在注射过程中,无机和有机固体形成的水库,井筒,表面管道,泵(2,3),从而破坏形成和减少生产。此外,设备可能会受损,导致在生产成本显著上升4,5]。碳酸盐和硫酸盐垢的降水是主要的无机油藏中存在的尺度和生产井6,7]。目前,已经建立了一套有效的预防计划预防和去除碳酸钙和硫酸钙。尽管如此,它仍然是难以处理硫酸钡规模,因为它是不溶于大多数液体,不能溶解的酸(8]。
Inhibitor-squeezing治疗是最经济和有效的方法来防止沉积油田规模。各种规模的抑制剂了。规模抑制剂,其中包含为原料和有机磷化合物,被广泛使用,因为他们的良好的防锈性能9]。强化环境保护的政策,发展环保规模抑制剂成为不可避免的(10- - - - - -12]。扩展效率抑制剂可以影响可配离子的浓度,溶液的pH值、温度和压力。静态防垢试验通常用于评估性能的实验室规模抑制剂(13- - - - - -15]。但是,很难分析抑制剂和尺度之间的相互作用机制,通过静态jar测试。因此,迫切需要开发新的方法来分析抑制机制,评估性能的抑制剂。近年来,分子模拟是用来预测的防垢效率新的抑制剂和研究其吸附机制规模表面(16,17]。然而,发展有效的抑制剂和机制研究还提出了一个严峻的挑战,尤其是当油田变得越来越复杂和环境约束的条件要求抑制剂耐热和低毒性的生物降解能力。
在这个研究中,防锈性能的几个抑制剂,包括二三胺五(DTPMP)、乙二胺四钠(EDTMPS)和钠二三胺pentacetate (DTPA-5Na),由静态防垢试验评估基于唐代油田的扩展趋势的预测。然后,规模表面形态的抑制剂的存在和没有被扫描电子显微镜观察。此外,吸附强度和网站的抑制剂与硫酸钡的三个表面相互作用的密度泛函理论方法研究了。结果将使贝索的抑制性能4在油田规模控制操作。
2。实验和计算细节
2.1。规模预测
扩展预测工作,旨在预测尺度的主要类型和油田的扩展趋势。预测工作是完成由商业软件包(奥利ScaleChem),基于离子注入水的组成的分析结果(Q2)和地层水(L49-07)唐代油田(表1)。因素,包括温度(75°C)和压力(8 MPa),考虑在内。注入水和地层水的混合比率范围从1:9到9:1。
2.2。防垢评价实验
2.2.1。实验材料
在这个实验中使用的材料是氯化钙、氯化镁六水合物,氯化钾,二水氯化钡、硫酸钠、碳酸氢钠、碳酸钠、氯化钠,氯化铵,乙二胺四乙酸(EDTA),和羊毛铬黑T,所有这一切都来自Kelong化工有限公司(中国)成都和AR分析试剂级。抑制剂,包括二亚乙基三胺五(DTPMP)、乙二胺四钠(EDTMPS)和钠二亚乙基三胺pentaacetate (DTPA-5Na),购买来自东方化工有限公司(邹平,中国)。
2.2.2。制备合成注入水和地层水
合成注入水和地层水准备根据扩展的结果预测工作。为了排除干扰的其他类型的规模可能会影响结果的准确性,盐水组成部分调整,如表所示2。氯化钠、氯化钾、Na2所以4,NaHCO3,BaCl2H2啊,和Na2有限公司3被用来准备合成注入和地层水。预定数量的盐溶解在去离子水生产合成卤水。为了保证卤水是稳定的,他们仍然是24小时后被电磁搅拌器搅拌。
2.2.3。注入水与地层水混合
首先,合成注入水与地层水混合只含有阴离子DTPA-5Na的缺失和存在,EDTMPS,分别和压力DTPMP坦克。其次,坦克在水浴预热30分钟的75°C。第三,坦克被开了,满是合成注入和地层水只含有阳离子。最后,坦克被密封和高压氮气瓶用于增压8 MPa。坦克被淹没在75°C的水浴26 h。
2.2.4。抑制效率计算
坦克被从恒温槽和反滴定法应用于计算英航的浓度2 +;然后,抑制剂是评估的效率。这个实验主要是指中国石油和天然气行业标准SY / 5673 - 2020“通用技术条件为油田规模抑制剂”对抑制剂的防锈性能进行评估。
抑制剂的防垢效率来源于以下方程(18]: 在哪里代表钡离子的浓度在注入水与地层水混合mol / L。代表钡离子的浓度没有mol / L的抑制剂。是钡离子的浓度在mol / L的抑制剂的存在。是当两个液体钡离子的体积分数涨跌互现。
钡离子的浓度是来自 在哪里代表毫升测量样品的体积。和EDTA和镁标准溶液的用量在mL,分别。
钡离子的体积分数的定义如下:
2.3。表面特征
硫酸钡表面形态的相互作用前后80 mg / L的抑制剂,包括DTPA-5Na EDTMPS, DTPMP由扫描电子显微镜观察(广达450,热,美国)。扫描电镜显微图记录的放大在加速电压20 kV。所有样本清洗和干燥24小时;然后,他们被用来进行扫描电镜检查。
2.4。分子模拟
分子建模方法应用于选择最有效的抑制剂也有良好的防锈性能评价实验。DTPA-5Na的防锈能力的理论研究,EDTMPS, DTPMP贝索4进行了分子模拟。所有的分子系统几何优化了密度泛函理论(DFT)使用材料工作室通过DMol软件界面3套房(19,20.]。EDTMPS DPTA-5Na的分子几何图形,DTPMP模型,以及系统的抑制剂和硫酸钡表面,通过DFT的能量最小化优化使用GGA / PBE功能(21)设置了DND的基础,所有的计算都是自旋不受限制的条件下完成。为了加速收敛,同时保留准确性,涂抹的值被设定为0.005公顷。所有几何图形一直被优化,直到收敛宽容,最大力量,和最大位移都不到 ,0.02公顷/ 0.05,分别。
的吸附能被定义为吸附系统的总能量-表面的能量抑制剂和规模。公式显示为 在哪里 , ,和吸附系统的总能量,能量抑制剂,规模和能源表面,分别。
根据提出的模型艾伦et al。22),(210),(001)和(101)表面的三个最稳定的贝索表面4选择模拟吸附过程在这个研究。EDTMPS DTPA-5Na, DTPMP分别放在三个贝索的接触表面4板中包含以下周期模拟细胞:贝索4(210)表面(细胞参数 , ,和 );贝索的4(001)表面(细胞参数 , ,和 );和贝索4(101)表面(细胞参数 , ,和 )。这些维度是足以完全分配所有原子吸附在表面。
之后,硫酸钡(001)表面的选择定位吸附网站根据吸附能量的计算结果组成的系统的抑制剂和规模的表面。这个过程完成了分析的差异。最后,DOS吸附网站的分析提供了证据,这就可以解释新债券结合硫酸钡的抑制剂。
3所示。结果与讨论
3.1。规模预测
比例预测是基于离子成分的分析结果Q2和L49-07(表1)。图1显示了扩展的类型和趋势当注入水与地层水混合在不同比例下的恒压8 MPa和温度的75°C,分别。它可以发现硫酸钡是天平的主要成分。贝索的数量4混合比的增加而增加这两个液体内的范围从1:9 - 3:7。贝索的数量4达到最大时,注入水和地层水的比例是3:7。然后随的注入水与地层水的比率。这可以归因于钡离子和硫酸根离子之间的充分反应,当注入水与地层水混合的比例3:7。然后贝索的减少数量4可以解释为英航的衰落2 +水平是由地层水(23]。
3.2。防垢试验
这些抑制剂的防垢实验结果显示不同的表演在几个浓度在静态条件下(表3和图2)。EDTMPS DTPMP效率,DTPA-5Na之间范围内的增加与浓度显著增加40 mg / L和110 mg / L,从71.73%提高到72.01%,然后略微上升70.85%至71.01%,和77.99%到78.13%。时抑制晶体生长抑制剂的活性点是由分子吸收,这使得附近的晶格“错位”24]。因此,效率显著增加,随着浓度增加,因为更积极的增长点是当抑制剂的浓度低于110 mg / L。根据螺旋理论混乱的水晶25),活动增长点在晶体表面的数量是有限的。因此,当效率略微上升,抑制剂的浓度高于110 mg / L。效率很低的浓度DTPMP和EDTMPS不到50 mg / L。相比之下,DTPA-5Na更好的性能比DTPMP同时EDTMPS浓度。此外,DTPA-5Na也证明是最有效的战斗中扩展当浓度高于60 mg / L。
3.3。表面特征
图3在贝索的发展显示了形态学变化4晶体沉淀在没有和抑制剂的存在。在空白的情况下,没有添加抑制剂(图3(一个)),许多分散的观察到的晶体是针状和片状结构。80毫克/ LDTPMP应用时,贝索的晶体结构4显然是影响(图3 (b))。DTPMP的存在在系统中影响晶体的纵向方向,和一些絮状和分层结构出现在贝索的表面4晶体。重大变化在贝索4晶体形态也获得使用EDTMPS,如图所示3 (c)。贝索的4晶体有一些星形和层流露面。贝索的形态学变化4晶体可能是由于吸附DTPMP EDTMPS英航2 +在接口或在晶体的晶格26]。吸附行为改变了晶格和贝索的晶体生长4,这也被称为晶格畸变(27,28]。相比之下,作为显示在图3 (d),贝索4晶体表现出一种地形,许多球形分布结构,这可能表明阴离子组DTPA-5Na与贝索反应4形成可溶性和稳定的螯合物。这种现象通常被看作溶解(29日,30.]。所有结果确认DTPA-5Na、EDTMPS DTPMP显著影响贝索的增长4。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.4。分子模拟
进一步揭示规模抑制剂的吸附行为在沟里,进行理论计算。EDTMPS DTPA-5Na的优化配置,DTPMP,贝索4如图4因为这三个上吸附抑制剂贝索4表面上看,他们是水平放置,因此使他们放松。优化后,最稳定的构型贝索(最低的能源)4表面与抑制剂显示在数据交互5- - - - - -7。可以看出,没有一个是严重扭曲的。
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inhibitor-scale表面的吸附能系统如表所示4。消极的值表明,吸附过程的三个抑制剂(210),(001)和(101)表面的贝索4是自发的,除了DTPMP贝索(101)表面上4。计算吸附的能量抑制剂贝索的三个表面相互作用4的订单DTPA-5Na < EDTMPS < DTPMP,这意味着DTPA-5Na最有可能被硫酸钡吸收。此外,DTPA-5Na更容易被吸收到的(001)表面硫酸钡DTPMP和EDTMPS更容易被吸附到表面(210)上。一般来说,规模表面之间的相互作用和抑制剂分为物理吸附和化学吸附。物理吸附时的值高于-40焦每摩尔。化学吸收作用或坐标类型的键的值时发生比-40焦每摩尔(负31日,32]。在我们的例子中,DTPA-5Na吸附形成新的化学键硫酸钡的三个表面而DTPMP和EDTMPS化学吸附到硫酸钡表面(210)上。相比之下,DTPMP和EDTMPS物理吸附到硫酸钡表面(001)上。
此外,电子密度差和状态密度计算定位吸附网站。作为显示在图8(一个),钠原子的电子云DTPA-5Na部分重叠与氧原子在贝索4,这说明DTPA-5Na可能与贝索4通过结合钠原子与氧原子。这一结果进一步证实了DOS分析。钠原子的p轨道DTPA-5Na显然是重叠与贝索的氧气4从-24年电动车4 eV,如图9(一个)。相比之下,数据8 (b)和8 (c)表明,磷酸基的氢原子EDTMPS和贝索DTPMP与氧原子4。此外,氢原子和氧原子之间的相互作用也证实了DOS分析数据9 (b)和9 (c),这显示了氢原子的s轨道EDTMPS和DTPMP显然是重叠贝索的p轨道的氧气4从-22 eV 5.4 eV - -24 eV - 7 eV,分别。
(一)
(b)
(c)
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(b)
(c)
4所示。结论
本研究的主要结论总结如下。(1)硫酸钡是主要的扩展类型的油田和达到高峰当注入水与地层水混合比例的3:7(2)静态测试表明,抑制剂的浓度明显影响其防锈性能和防锈能力的三个抑制剂实验安排的顺序DTPA-5Na > DTPMP > EDTMPS(3)SEM显微图显示EDTMPS、DTPMP DTPA-5Na贝索明显影响晶体生长的过程4晶格畸变和螯合效应(4)计算研究表明,DTPA-5Na更容易被吸附到贝索的三个表面4尽管DTPMP和EDTMPS化学的和物理的吸收到(210)和(001)面贝索4,分别。不同的费用计算体现,DTPA-5Na与贝索4通过结合氧和钠原子形成化学新债券,而EDTMPS和DTPMP与贝索4通过结合磷酸基的氢原子和原子氧的。所有结果都证实了DOS分析
数据可用性
由于商业可用的数据没有限制。
的利益冲突
作者宣称他们没有竞争的经济利益或个人关系可能出现影响工作报告。
作者的贡献
等李负责收集资源,监督和软件分析。李跑负责初稿的写作,调查,和正式的分析。
确认
我们也感谢西南石油大学提供研究支持。