CN117247163A - 一种油田污水处理防垢剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油田污水处理防垢剂的制备方法，包括如下步骤：将柠檬酸和含有氮元素的有机膦酸溶于水中，配制成反应液；将所述反应液加热反应后，进行离心过滤，滤液浓缩干燥后得到磷掺杂纳米碳量子点，完成制备。该方法形成的碳量子点性质稳定，成分简单，维持阻垢的时间较长，该碳量子点能够长时间的阻止水中金属离子形成沉淀,实现阻垢效能。

Description

一种油田污水处理防垢剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及防垢剂技术领域，具体涉及一种油田污水处理防垢剂及其制备方法。

背景技术

在油田开采过程中，采出水、注入水中不同程度的含有Ca²⁺、Mg²⁺、 Ba²⁺、Sr²⁺、CO3^2-、SO4^2-等成垢离子，随着外界环境(温度、压力等) 的改变，导致地层、井筒和地面管线结垢。在油田中常见的是碳酸钙垢、硫酸钙垢、硫酸锶垢、硫酸钡垢等，也常把腐蚀产物，如碳酸亚铁、硫化亚铁、氢氧化亚铁、氧化铁以及溶解度大、含量高、在一定条件下容易析出的物质(如氯化钠)包括在内。井筒内的结垢导致部分生产井泵杆本体结垢严重、注塑杆扶正块偏磨严重、活塞表面存在磨损、油管内壁偏磨结垢严重、尾管结垢严重等，严重影响了油田采油设备的寿命。结垢影响了油田生产的稳定和正常进行，如何防止结垢已成为油田开发过程中重要问题之一。

现有技术中，油田使用的防垢技术有三种，分别是物理法、工艺法和化学法。物理法是应用物理仪器设备的特定功能抑制垢的形成，常用的是超声波、磁场、警惕技术等；工艺法是通过改变或控制某些工艺条件来破坏或减少垢的生成机会；化学法是通过加入化学防垢剂，利用防垢剂的络合增溶、分散、晶格畸变等作用阻止垢的形成，因其效果好、应用范围广、使用灵活等优点，在油田应用广泛。

然而目前的阻垢剂存在性质不稳定、作用时间短的问题，在实际使用时，每天都需要向油井中注入阻垢剂，大大增加了人力成本。经检索，相关现有技术如下：

专利号为CN105152367A的专利报道了一种环保型油田回注水缓蚀阻垢剂及其制备方法，属于石油添加剂技术领域。该环保型油田回注水缓蚀阻垢剂以丁公藤提取物、二氢青蒿酸甲酯、柠檬酸、单宁酸、巯基苯骈噻唑钠、葡萄糖酸-δ-内酯、愈创木酚磺酸钾、磺基琥珀酸酯、N-(3-三乙氧硅基丙基)葡糖酰胺、乙酸乙酯、乙醇和水为原料，经过一系列的步骤制得。该阻垢剂制备过程麻烦，所需原料较多，且其稳定性差。

专利号为CN109705831A的专利报道了一种油田阻垢剂，其包括第一阻垢剂、第二阻垢剂和第三阻垢剂，所述第一阻垢剂包括：乙二胺四甲叉膦酸钠8～10份、氨基三亚甲基膦酸5～8份、羟基乙叉二膦酸 3～5份、2-膦酸基丁烷，1,2,4-三羧酸5～8份；所述第二阻垢剂包括：马来酸酐15～20份、丙烯酸5～10份、丙烯酸羟丙酯5～8份、过硫酸铵0.5～1份；所述第三阻垢剂包括：聚环氧琥珀酸10～12份、聚天冬氨酸8～10份、改性咪唑啉类5～8份、改性季铵盐0.5～1份、聚丙烯酸钠0.05～0.1份。同样该阻垢剂制备过程麻烦，所需原料较多，且其稳定性差。

目前的阻垢剂存在性质不稳定、作用时间短的问题，有必要开发一种性质稳定、作用时间长的阻垢剂，以解决井筒结垢导致采油设备损坏的问题。

发明内容

本发明提供一种性质稳定、作用时间长的阻垢剂，具体技术方案如下：

一种油田污水处理防垢剂的制备方法，包括如下步骤：

将柠檬酸和含有氮元素的有机膦酸溶于水中，配制成反应液；将所述反应液加热反应后，进行离心过滤，滤液浓缩干燥后得到磷掺杂纳米碳量子点，完成制备。

作为优选，所述有机膦酸为氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸中的至少一种。

作为优选，所述柠檬酸与所述含有氮元素的有机膦酸的质量比为 1:0.5-1。

作为优选，将所述反应液加热至180-280℃。

作为优选，加热的反应时间为3-8h。

作为优选，还包括如下步骤：将制备好的所述磷掺杂纳米碳量子点加入羟基乙叉二膦酸或2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸中，加水搅拌后加热反应，完成制备。

作为优选，加热反应温度为50-80℃。

作为优选，加热反应的时间为10-15min。

所提供的制备方法，具有如下技术效果：

柠檬酸是合成碳量子点的碳源，含有氮元素的有机膦酸主要是提供氮源，以作为氮源反应，选择膦酸是在碳点表面磷掺杂，在高温高压的条件下，二者反应生成磷掺杂纳米碳量子点，该方法形成的碳量子点性质稳定，成分简单，维持阻垢的时间较长，该碳量子点能够长时间的阻止水中金属离子形成沉淀,实现阻垢效能。

作为优选，有机磷酸为氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸中的至少一种，选取面广。

作为优选，限定质量比为1:0.5-1，是为了保证碳点表面尽可能多的掺杂P，根据元素扫描分析，其元素占比最优可达到20％，可使得产物的性质稳定。

作为优选，将所述反应液加热至180-280℃，水热法制备碳量子点需要在180℃以上进行，而温度过高可能会反应生成其他的物质，故而设置温度上限280℃。

作为优选，低于3h碳点的产率会降低，而高于8h不会对产率起到提升作用还会增加能耗。

作为优选，还将该碳量子点结合羟基乙叉二膦酸或2-膦酸丁烷 -1,2,4-三羧酸，羟基乙叉二膦酸或2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸会和碳量子点发生螯合作用，羟基乙叉二膦酸或2-膦酸基丁烷中可以在其表面形成不稳定的配体，实现缓释，同时还能进一步增强防垢效果。

具体实施方式

下面结合技术方案对本发明的具体实施方式进行详细的介绍，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发提供一种油田污水处理防垢剂的制备方法，包括如下步骤：

将柠檬酸和含有氮元素的有机膦酸溶于水中，配制成反应液；将所述反应液加热反应后，进行离心过滤，滤液浓缩干燥后得到磷掺杂纳米碳量子点，完成制备。

柠檬酸是合成碳量子点的碳源，含有氮元素的有机膦酸主要是提供氮源，以作为氮源反应，选择膦酸是在碳点表面磷掺杂，在高温高压的条件下，二者反应生成磷掺杂纳米碳量子点，该方法形成的碳量子点性质稳定，成分简单，维持阻垢的时间较长，该碳量子点能够长时间的阻止水中金属离子形成沉淀,实现阻垢效能。

其中，所述有机膦酸为氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸中的至少一种。

有机磷酸为氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸中的至少一种，选取面广。

优选的，所述柠檬酸与所述含有氮元素的有机膦酸的质量比为 1:0.5-1。

限定质量比为1:0.5-1，是为了保证碳点表面尽可能多的掺杂P，根据元素扫描分析，其元素占比最优可达到20％，可使得产物的性质稳定。

优选的，将所述反应液加热至180-280℃。

将所述反应液加热至180-280℃，水热法制备碳量子点需要在 180℃以上进行，而温度过高可能会反应生成其他的物质，故而设置温度上限280℃。

并加热的反应时间为3-8h。低于3h碳点的产率会降低，而高于 8h不会对产率起到提升作用还会增加能耗。

还包括如下步骤：将制备好的所述磷掺杂纳米碳量子点加入羟基乙叉二膦酸或2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸中，加水搅拌后加热反应，完成制备。

还将该碳量子点结合羟基乙叉二膦酸或2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸，羟基乙叉二膦酸或2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸会和碳量子点发生螯合作用，羟基乙叉二膦酸或2-膦酸基丁烷中可以在其表面形成不稳定的配体，实现缓释，同时还能进一步增强防垢效果。

具体的若干实施例如下：

实施例1

一种油田污水处理用防垢剂，采用以下方法制备：

将质量比为1:1的柠檬酸和氨基三甲叉磷酸溶于去离子水中，配制成柠檬酸质量浓度为10％的反应液；将反应液加热至180℃反应8h 后，进行离心过滤，滤液浓缩干燥后得到磷掺杂纳米碳量子点,作为产物A。

实施例2

一种油田污水处理用防垢剂，采用以下方法制备：

将质量比为1:0.5的柠檬酸和氨基三甲叉磷酸溶于去离子水中，配制成柠檬酸质量浓度为10％的反应液；将反应液加热至280℃反应3h 后，进行离心过滤，滤液浓缩干燥后得到磷掺杂纳米碳量子点，作为产物B。

实施例3

一种油田污水处理用防垢剂，采用以下方法制备：

将质量比为1:0.8的柠檬酸和氨基三甲叉磷酸溶于去离子水中，配制成柠檬酸质量浓度为10％的反应液；将反应液加热至220℃反应5h 后，进行离心过滤，滤液浓缩干燥后得到磷掺杂纳米碳量子点，作为产物C。

实施例4

一种油田污水处理用防垢剂，采用以下方法制备：

将质量比为1:1的柠檬酸和乙二胺四甲叉基磷酸溶于去离子水中，配制成柠檬酸质量浓度为10％的反应液；将反应液加热至250℃反应6h 后，进行离心过滤，滤液浓缩干燥后得到磷掺杂纳米碳量子点，作为产物D。

实施例5

一种油田污水处理用防垢剂，采用以下方法制备：

S11)将质量比为1:0.8的柠檬酸和氨基三甲叉磷酸溶于去离子水中，配制成柠檬酸质量浓度为10％的反应液；

S12)将反应液加热至220℃反应5h后，进行离心过滤，滤液浓缩干燥后得到磷掺杂纳米碳量子点。

S2)按照磷掺杂纳米碳量子点的与2-膦酸基丁烷的质量比为1:0.3 的比例称取磷掺杂纳米碳量子点和2-膦酸基丁烷，并将称取的磷掺杂纳米碳量子点加入2-膦酸基丁烷中，加水搅拌后加热至50℃反应 15min，得到产物E。

实施例6

一种油田污水处理用防垢剂，采用以下方法制备：

S11)将质量比为1:0.8的柠檬酸和乙二胺四甲叉基磷酸溶于去离子水中，配制成柠檬酸质量浓度为10％的反应液；

S12)将反应液加热至220℃反应5h后，进行离心过滤，滤液浓缩干燥后得到磷掺杂纳米碳量子点；

S2)按照磷掺杂纳米碳量子点的与羟基乙叉二膦酸的质量比为 1:0.15的比例称取磷掺杂纳米碳量子点和羟基乙叉二膦酸，并将称取的磷掺杂纳米碳量子点加入异丙醇胺中，加水搅拌后加热至80℃反应 10min，得到产物F。

实施例7

一种油田污水处理用防垢剂，采用以下方法制备：

S11)将质量比为1:0.8的柠檬酸和乙二胺四甲叉基磷酸溶于去离子水中，配制成柠檬酸质量浓度为10％的反应液；

S12)将反应液加热至220℃反应5h后，进行离心过滤，滤液浓缩干燥后得到磷掺杂纳米碳量子点；

S2)按照磷掺杂纳米碳量子点的与羟基乙叉二膦酸的质量比为 1:0.2的比例称取磷掺杂纳米碳量子点和羟基乙叉二膦酸，并将称取的磷掺杂纳米碳量子点加入羟基乙叉二膦酸中，加水搅拌后加热至60℃反应12min，得到产物G。

实施例8

一种油田污水处理用防垢剂，采用以下方法制备：

S11)将质量比为1:1的柠檬酸和乙二胺四甲叉基磷酸溶于去离子水中，配制成柠檬酸质量浓度为10％的反应液；

S12)将反应液加热至250℃反应6h后，进行离心过滤，滤液浓缩干燥后得到磷掺杂纳米碳量子点；

S2)按照磷掺杂纳米碳量子点的与羟基乙叉二膦酸的质量比为 1:0.2的比例称取磷掺杂纳米碳量子点和羟基乙叉二膦酸，并将称取的磷掺杂纳米碳量子点加入羟基乙叉二膦酸中，加水搅拌后加热至60℃反应12min，得到产物H。

将上述制备得到水质稳定剂用水稀释成10mg/L的溶液，然后加入流动的油田回注水中，进行动态模拟实验和阻垢实验，其测试结果如下：

采用该防垢剂之后一个月，检查油田回注水的管道，观察其结垢情况，其结垢情况如下：

并该阻垢率均能达到90％以上，且维持时间较长，可印证该防垢剂的稳定性能，进而能避免现有技术中需要添加较多防垢剂而导致成本较高的缺陷。

在其他实施例中，将有机膦酸替换为二乙烯三胺五甲叉膦酸，或者，氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸三者的混合物，进行同样的制备和实验，阻垢率均能达到90％以上，且维持时间较长。

以上实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出的各种修改或等同替换也落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种油田污水处理防垢剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将柠檬酸和含有氮元素的有机膦酸溶于水中，配制成反应液；将所述反应液加热反应后，进行离心过滤，滤液浓缩干燥后得到磷掺杂纳米碳量子点，完成制备。

2.根据权利要求1所述的油田污水处理防垢剂的制备方法，其特征在于，所述有机膦酸为氨基三甲叉膦酸、乙二胺四甲叉膦酸、二乙烯三胺五甲叉膦酸中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的油田污水处理防垢剂的制备方法，其特征在于，所述柠檬酸与所述含有氮元素的有机膦酸的质量比为1:0.5-1。

4.根据权利要求1所述的油田污水处理防垢剂的制备方法，其特征在于，将所述反应液加热至180-280℃。

5.根据权利要求1所述的油田污水处理防垢剂的制备方法，其特征在于，加热的反应时间为3-8h。

6.根据权利要求1所述的油田污水处理防垢剂的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：将制备好的所述磷掺杂纳米碳量子点加入羟基乙叉二膦酸或2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸中，加水搅拌后加热反应，完成制备。

7.根据权利要求6所述的油田污水处理防垢剂的制备方法，其特征在于，加热反应温度为50-80℃。

8.根据权利要求6所述的油田污水处理防垢剂的制备方法，其特征在于，加热反应的时间为10-15min。

9.一种油田污水处理防垢剂，其特征在于，所述防垢剂采用权利要求1-8所述的制备方法制备。