抗三元五防油田專用塗料的製作方法
2023-05-16 06:10:46 2
本發明屬於塗料技術領域，尤其涉及一種抗三元五防油田專用塗料。
背景技術：
目前我國大部分油田勘探開發已進入中後期，隨著油田的深入開發，採油井與注水井的防蠟、防膠質瀝青及防腐蝕防結垢外界因素加之人工注入三元聚合油的工作越來越至關重要。油田一些區塊油水井管柱結蠟、腐蝕、結垢非常嚴重，目前大多數採用傳統的生產工藝對於高含蠟井，無論是化學洗井還是熱洗井都會給油井造成不同程度的影響，如洗井液對地層的影響，恢復排液期等。大慶油田所產的原油屬低硫、石蠟基原油，含硫一般在0.1％(W)但含蠟高達22.8-25.76％(W)，在採油的作業中，大部分礦區平均每百口井因清蠟洗井每年影響原油產量3萬多噸、稠油井採用電加熱，耗電量大投入成本高。注水井管柱每年因腐蝕結垢報廢十幾萬米耗資上千萬元。
油井結蠟、結膠質、瀝青質輸送三元聚合油是一個複雜的物理化學綜合作用：1.溫度的作用：原油從地層流入井筒過程中，原有的地層熱量要損失一部分，由於體系壓力和溫度的下降，在蠟與膠質分子之間互相吸引的範德華力的作用下使晶體增大，並隨之移動吸附在管壁上。在舉升過程中就會析出蠟質、膠質。產液距離與地面越近就會變得越稠。2.管壁的結晶作用：由於管壁和油的溫差的存在，使得體系接近管壁的流體含蠟呈飽和狀態，使蠟質、膠質在管壁處析出晶體，由於液體的溫度不斷下降，使蠟晶膠質繼續增長，蠟晶、膠質沉積在管壁上形成了一定厚度的固體。3.砂礫泥質的作用：採油過程中出現的砂粒、泥質液提供了結蠟核心，使蠟晶體增大聚集在管壁上，上述過程交替進行，即發生了管柱結蠟、結膠質現象。油井結蠟、結膠質、瀝青質人工輸送三元聚合油是一個複雜的物理化學綜合作用。
技術實現要素：
本發明提供一種抗三元五防油田專用塗料，採用本塗料噴塗管柱，可以延長清蠟洗井周期或免洗井，避免洗井液對油層的影響，減少排液恢復期，不影響油井的正常生產，增加油井產量。可節約清蠟洗井藥劑及人工設備等各項費用，實現了油井檢泵周期內免洗井的目的，有效期十二個月以上，最長可達1000天免洗井。
本發明所解決的技術問題採用以下技術方案來實現：抗三元五防油田專用塗料由下列原料製得，各原料按重量份配比：四元共聚物20份-30份，低分子E型環氧樹脂40份-60份，催化劑磷酸單乙酯磷酸液0.05-0.15份，導電添加劑石墨2份-5份，氣相二氧化矽0.8-2份、有機膨潤土0.8-2份、氧化鐵黑2-3份、三聚磷酸鋁1.8-2.2份、碳黑1.5-2.0份、溶劑20-30份，交聯劑三聚氰胺甲醛樹脂1.5-2.0份；溶劑為甲基異丁基甲酮、碳酸二甲酯、二甲苯、醋酸丁酯中的任何一種。
上述方案中的交聯劑三聚氰胺甲醛樹脂由異氰酸酯三聚體替換，異氰酸酯三聚體用量是2份-4份。
所述的五防抗三元聚合油塗料的製備方法：首先將四元共聚樹脂和低分子E型環氧樹脂及溶劑加入到反應釜中，在1h內邊攪拌邊升溫至60℃，2h內滴加催化劑磷液單乙酯磷酸液，反應3h後加入導電添加劑石墨，攪拌3h冷卻至常溫加入氣相二氧化矽、有機膨潤土、氧化鐵黑、三聚磷酸鋁、碳黑攪拌均勻；製備交聯型的塗料時加入交聯劑三聚氰胺甲醛樹脂，製備常溫固化型的塗料時不加交聯劑加入常溫固化劑異氰酸酯三聚體。
上述方案中的四元共聚樹脂和低分子E型環氧樹脂是主要的成膜物質，四元共聚含由三氟氯乙烯、羥基乙烯基醚、脂肪族烯酸和脂肪族乙烯脂四元共聚，羥基值50-55kohmg/g，羧基值8-10kohmg/g，含氟量23％-24％，四元共聚樹脂購自大金氟化工(中國)有限公司，型號為KG570，以氟的樹脂為主導，該樹脂有超強的耐候性和優良的化學穩定性。具體表現為壽命長、不褪色、無汙染、耐老化、耐化學介質性能。
低分子E型環氧樹脂，例如E-3、E-6、E-9在本發明中均可使用，低分子E型環氧樹脂在催化劑磷酸單乙脂磷酸液的作用下在一定的溫度下，充分溶解，使其充分融合，形成透明度較高的環氧改性氟樹脂，可製成加入三聚氰胺甲醛樹脂固化的單組分氟碳樹脂塗料，加入封閉型異氰酸酯三聚體固化劑製成雙組份氟碳樹脂塗料。
該塗料具有氟樹脂的全部特性，引進環氧基網狀結構，塗層表面上的每個陽離子不足以被所需數目的陽離子所包圍，這就形成了低表面能，對於具有極性的水分子可以被塗層所吸附。首先是對水分子氧離子結合OH原子團，然後藉助於水分子本身的極性進一步吸收水分子，形成水薄層具有較大的親水性，加之氟樹脂的低表面的雙疏作用。而阻止蠟晶、膠質於塗層達到防蠟、防膠質的作用。而且該塗料的塗層防腐性極強，對於人工注入的三元物聚合油的耐腐蝕性很強，增加了油井的使用壽命。再則由於吸水膜形成水驅液柱，原油流動阻力降低，同時也降低了能耗。
本發明的有益效果為：通過實驗，稠油井在原有基礎節電75％以上可代替電加熱，高含蠟井延長洗井周期，最長達三年以上不用洗井，不但沒有結壁現象，而且油井運轉正常電流平穩。降低耗能，產量相應提高。注水井管柱防腐蝕防結垢，有效期長達2年，管柱經解剖檢驗完好無損，沒有任何腐蝕結垢現象，節約了各項成本，延長了設備使用周期，收到了良好的綜合經濟效益，為各大油田採油井、注水井的防蠟、防膠質瀝青、防腐蝕、防結垢加之注入三元聚合油的人工合成的化學液體工藝技術創造了良好的開端。
具體實施方式：
以下結合實例對本發明做進一步描述：
五防抗三元聚合油塗料的製備：首先將四元共聚物樹脂213kg、低分子E型環氧樹脂415kg和溶劑200kg加入到反應釜中，在1h內邊攪拌邊升溫至60℃，2h內滴加催化劑磷液單乙酯磷酸液1kg，反應3h後加入導電添加劑石墨25kg，攪拌3h冷卻至常溫；再加入氣相二氧化矽11kg、有機膨潤土11kg、氧化鐵黑25kg、三聚磷酸鋁20kg、碳黑17kg、三聚氰氨樹脂甲醛樹脂17.3kg攪拌至均勻得成品。如生產雙組分自幹型塗料加入異氰酸酯三聚體固化劑替代三聚氰氨樹脂甲醛樹脂，異氰酸酯三聚體加入量為25kg。
本申請的噴塗工藝如下：
1.底面處理：下井使用過油管；首先採用加熱淨化，使油管比表面油汙碳化，將油汙雜質清理乾淨。其次對油管進行校直和內應力消除，油管、杆外壁進行機械噴砂、油管內壁拋丸處理，將內壁和外表的鏽蝕清理乾淨。(新油管只做噴砂處理)處理後的金屬表面達到國家標準《塗裝前鋼材表面鏽蝕等級和除鏽等級》GB8923-88中Sa2.5級(二級)
2.防蠟、防腐塗層施工：噴塗前首先把金屬表面灰塵處理乾淨，表面保持乾燥，然後對管柱進行防腐、防蠟噴塗。按工藝要求油管內壁往返6次，外壁和泵杆噴塗3次，每道工序噴塗時間間隔2小時、外壁噴塗要均勻並保證厚度，避免流淌，樹脂厚度控制在50±μm，再將噴塗後的油管泵杆井烘乾爐中進行烘乾、固化，時間1小時，溫度控制在180-200℃在固化爐中洪幹60分鐘。烘乾後的管、杆在料架上停留，冷卻至60℃以下方可傳輸到下道工序在進行噴塗施工。該塗層檢測結果如下表1。
絕對粗糙度、光滑度對防蠟、防膠質的影響與節能機理：
粗糙的表面能增加液體的阻力，減少流速，增加近壁流程厚度，造成了更多的蠟核心，利於蠟晶膠質的沉積。由於塗層表面比較光滑，(內塗層油管表面絕對粗糙度0.005，汙垢鋼管0.8，一般鋼管0.2)使近層流層薄，不利於蠟晶、膠質、的沉積，同時內塗層表面光滑，滯流層變薄，管內液流阻力下降，降低了能耗。
塗層的絕對熱性對防蠟、防膠質的影響與節能機理：
防蠟防稠油塗層是熱的不良導體，導熱率為0.15kcal/㎡.h.℃，鋼的導熱率為70-100kcal/㎡.h.℃，是塗層的近300倍，塗層對抑制體系溫度下降和近管壁的溫度梯度改善起到了良好的做用，由於井下至井口溫度的提高，使體系粘度的下降，蠟及膠質不易從產液中析出，起到防結蠟、結膠質的作用，增加了液體流量速度，從而降低了能耗，延長了採出周期。經處理的管柱下井以連續使用超過900多天讓扔在繼續有效。
耐高溫的塗層：生產塗料的樹脂為碳烴化物，耐高溫性能低，為提高耐溫性，對塗料性能進行了磷化處理，耐溫性能達到350℃以上。
本申請的主要服役環境：原油、汙水、CO2中度腐蝕、CO2分壓≥10VPa，主要適用範圍：各種油井、注水井、集輸管線、注CO2井、井口裝置、泵等。
本申請的優點：
1.該塗層穩定性強，表面光滑連續，絕對粗糙度0.005、一般鋼管表面為0.2。使滯流層表薄，不利於蠟質、膠質沉積。
2.塗層是熱的不良導體，導熱率為0.15kcal/㎡.h.℃，普通鋼管的導熱率為70-100kcal/㎡.h.℃，保證了體系溫度，使蠟質、膠質不易結晶析出。
3.塗層能產生電化學性質的物質使其形成電荷分布與沉降的膠團電荷相反，產生排斥作用，使帶電膠團不能增長，達不到沉降所需要的體積使膠團在管道表面不形成沉積層。
4.採用該塗料噴塗管柱，可以延長清蠟洗井周期或免洗井，避免洗井液對油層的影響，減少排液恢復期，不影響油井的正常生產，增加油井產量。可節約清蠟洗井藥劑及人工設備等各項費用，實現了油井檢泵周期內免洗井的目的，有效期一年以上，最長可達900多天免洗井。
5.稠油井噴塗該塗料，油井生產可間開，或取替電加熱和其他加熱開採工藝減輕油井設備負荷，延長設備使用周期，達到節能增效的目的。
6.注水井管柱採用噴塗該塗料，可以防腐蝕、防結垢，防止造成水患，節省修井作業費用，延長管柱使用周期，有效期可達6年。
7.可降低能耗，使油水井延長開採生產周期，提高產量。
8.可在原有工藝上節約成本60％以上，具有良好的綜合經濟效益。
現場實驗：遼河油田瀋陽採油廠三區共有生產井391口。日產液4250t，日產油1060t。油品性質：凝固點15-36.2℃，含蠟量：19％-38.5％。油井生產過程中結蠟現象較為嚴重。平均每口井30d可結蠟5-6mm，結蠟點一般子啊900m以上，部分油井熱洗過程不返液，對地層造成汙染，部分油井排水周期長，降低了油井的有效生產時率，平均每口井熱洗周期為44天，排液周期為4d，最長排水期達15d，因洗井影響產量年累計達2.4萬多噸。為解決洗井清蠟存在的問題，本申請的塗料累計應用在267口井，實現免洗井2140次。平均免洗井周期達到385天，沈C51-37井實現連續742天免洗井，有效避免了洗井液對地層得汙染，達到了節能增油的目的，間接增油24751t，創效1.4億多元。取得了良好的綜合經濟效益。
採用電加熱開採的油井，單井月耗電最高達8萬多度。先後在126口油井實施本申請後，有效地解決了以上開採難題，電加熱井實行簡開或取替電加熱，在原有的基礎上節電90％以上。加熱蒸汽管道取消，節約了成本材料費用，延長設備使用周期，增加了油井產量。