本发明属于油田水处理药剂领域，主要涉及一种环保型可缓释聚合物阻垢剂及其制备方法。
背景技术：
随着石油工业的发展，我国大多数油田进入了石油开采的中后期，油井采出液含水率高(85％以上，甚至90％)，而地层水中钙、镁等离子浓度高，易在油井管道和集输管线中形成结垢，造成抽油泵卡死、集输管道内径减小、流量降低等问题，严重影响油井的生产效率。日益严重的结垢问题给石油开采带来了巨大的经济损失，而频繁的检修极大地影响了油田的产量，并且检修维护成本高。为解决油井和集输管道的结垢问题，通常采用投加阻垢剂的方法，而传统的投加液体阻垢剂的方法存在着诸如抽油泵压力大造成的加药难度大，阻垢剂未达到指定位置就被采出液带出，保护周期短，加药过程复杂，加药频繁、成本高等一系列问题。开发高效的固体缓释型阻垢剂成为油田水处理的迫切需求，目前研究人员已经开发出一些固体阻垢剂产品，但还存在着释放速度不稳定难以调节，在使用过程中会成块脱落造成堵塞等问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种环保缓释型聚合物阻垢剂及其制备方法，所述环保缓释型聚合物阻垢剂的缓释效果好，具有原材料来源丰富、阻垢效果好、有效周期长、绿色环保、成本低廉等特点，且涉及的制备方法容易操作，适用于缓解油井管道和集输管线等领域的结垢问题，具有重要的实际应用价值。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种环保缓释型聚合物阻垢剂的制备方法，包括如下步骤：
1)将环保型阻垢组分、载体材料和添加剂混合均匀，转移至模具中，在10～25mpa压力条件下压制10～20min，脱模得块状制剂；
2)分别配制聚合物壁材溶液和固化剂溶液，将所得块状制剂置于聚合物壁材溶液中反应3～8min使壁材均匀包覆在块状制剂表面，将其取出置于固化剂溶液中反应15～20min；
3)重复步骤2)2～5次，将所得块状制剂用无水乙醇冲洗后在30～40℃环境中烘干，即得所述的环保缓释型聚合物阻垢剂。
上述方案中，步骤1)中所述环保型阻垢组分、载体材料和添加剂三组分所占质量百分比为：阻垢组分30～50％，载体材料49～69％，添加剂0.2～1％。
上述方案中，所述阻垢组分为羧甲基菊粉、聚环氧琥珀酸粉、聚天冬氨酸粉中的一种或 几种。
上述方案中，所述环保型阻垢组分中的羧甲基菊粉，它由以下方法制备而成：将菊粉搅拌溶解于水中，加热至75～95℃，然后加入naoh溶液反应10～30min，再加入氯乙酸溶液，继续在75～95℃水浴条件下反应4～6h，将反应所得黄色溶液在60～80℃下旋蒸15～20min后，用无水甲醇洗涤搅拌均匀后静置4～6h，过滤收集上层澄清液后进行抽滤，抽滤所得浅黄色粉末用无水甲醇洗涤后烘干，即得所述的羧甲基菊粉；其中菊粉、naoh和氯乙酸的质量比为1:(1.4～1.8):(0.8～1.6)。
上述方案中，所述聚环氧琥珀酸粉和聚天冬氨酸粉分别由聚环氧琥珀酸或聚天冬氨酸液体试剂在60～80℃下旋蒸至粘稠状，再使用无水丙酮洗涤后在50～80℃恒温环境中烘干，得到白色粉末状药剂。
上述方案中，所述载体材料为聚乙烯醇1788，它呈白色粉末。
上述方案中，所述添加剂为硼酸，呈白色粉末状结晶。
上述方案中，所述聚合物壁材溶液为海藻酸钠溶液、明胶溶液按照2:(0～1)的体积比混合后再与聚乙烯醇溶液按照(3～1):1的体积比混合，然后在40～70℃环境中进行恒温搅拌形成的均匀乳液；其中海藻酸钠溶液浓度为2～5wt％，聚乙烯醇溶液的浓度为5～7wt％，明胶溶液的浓度为4～8wt％。
上述方案中，通过在壁材溶液引入聚乙烯醇，促进壁材与固体制剂之间的紧密结合。
上述方案中，所述固化剂溶液为盐酸溶液或氯化钙溶液，其浓度为10～30wt％。
根据上述方案制备的环保缓释型聚合物阻垢剂在50℃的模拟油田水中阻垢组分的平均释放速率为10～20mg/l/天(阻垢组分在每升模拟油田水中每天的平均释放质量)，温度升高时其释放速度变快。
上述方案所述环保缓释型聚合物阻垢剂适用于缓解油井管道和集输管线的结垢问题，其缓释效果好，且使用方法简单，与现有的液体阻垢剂相比，具有有效保护周期长、有效成分使用率高、防垢成本低等优点，所制备的固体缓释型阻垢剂在油井检修期投加到油井抽油泵下端的筛管中，在石油开采过程中随采出液的流出而缓慢溶解于其中，在一个油井检修周期内可以起到有效防垢效果，不需要补加，减少了液体阻垢剂频繁加注带来的成本问题，同时可有效避免在非检修期由于油井管道和集输管线的结垢堵塞引起的停产，提高油田的生产效率，延长油田管道设备的使用寿命，节约巨大人力和物力资源。
本发明通过选择原料来源广泛、可生物降解的环保型阻垢组分，将其与载体材料和添加剂混合均匀后模压成型，然后选用特定的聚合物壁材对所制备的固体阻垢剂进行包覆，制备出环保缓释型阻垢剂，以满足一次投加阻垢剂，长期保持阻垢效果的实际需要。
本发明的有益效果为：
1)本发明选用的阻垢组分以动植物提取物作为原料制备而成，具有可生物降解的特点，在使用过程中不会产生有污染的残留物，不会对地层和周围环境产生任何危害；选用的聚乙烯醇、海藻酸钠、明胶等其他原料在自然界中也具有来源丰富，绿色环保无污染以及价格低廉等特点，制备的环保缓释型聚合物阻垢剂成本低、具有重要的经济和环境效益。
2)本发明所述环保缓释型聚合物阻垢剂阻垢效果好，在较低投加量时阻垢率就很高，对碳酸盐垢、硫酸盐垢具有优良的抑制效果，可有效缓解井筒和集输管道的结垢问题；所使用的阻垢剂在投加量为10ppm时的阻垢率高于90％。
3)本发明所制备的环保缓释型聚合物阻垢剂的缓释效果好，在使用过程中随着壁材的缓慢溶胀和溶解，其中的有效阻垢组分缓慢均匀释放，能根据油井实际生产情况预先估算出一个检修周期内所需添加的阻垢剂用量，在油井管道和集输管线的定期修复和维护过程中，将其置于油井抽油泵下端的筛管中，在采出液流经筛管时，阻垢组分缓慢溶解并释放出来，达到一次投加，长期阻垢的效果，使其具有长时间的有效浓度，在有效使用周期内(约90～120天)的阻垢率大于85％，有效释放时间长达90天以上，对管道的保护周期长，可有效降低油田的生产和维护成本。
4)本发明所述环保缓释型聚合物阻垢剂的使用方法简单，且便于储存和管理，其缓释效果好、阻垢效率高、周期长，且无毒无害、可降解，不会对地层和周围环境造成任何危害，环境友好。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的描述，但下述实施例不应理解为对本发明的限制。
以下实施例中，如无具体说明，采用的试剂为市售化学试剂。
以下实施例中，所述羧甲基菊粉的制备方法包括如下步骤：将菊粉搅拌溶解于水中，加热至85℃，然后加入naoh溶液反应20min，再加入氯乙酸溶液，继续在85℃水浴条件下反应4h，将反应所得黄色溶液在75℃下旋蒸20min后，用无水甲醇洗涤搅拌均匀后静置6h，过滤收集上层澄清液后进行抽滤，抽滤所得浅黄色粉末用无水甲醇洗涤后烘干，即得所述的羧甲基菊粉(淡黄色粉末状)；其中菊粉、naoh和氯乙酸的质量比为1:1.7:0.9。
所述聚环氧琥珀酸粉和聚天冬氨酸粉分别由聚环氧琥珀酸或聚天冬氨酸液体试剂在75℃恒温水浴中旋蒸至粘稠状，再使用无水丙酮洗涤后在55℃恒温环境中烘干，得到白色粉末状药剂。
所述载体材料为粉状1788聚乙烯醇，白色粉末；所述添加剂为硼酸，白色粉末状结晶。
以下实施例中，所采用的模拟油田水由大庆油田采油二厂提供。
实施例1
一种环保缓释型聚合物阻垢剂，其制备方法包括如下步骤：
1)将阻垢组分(羧甲基菊粉)、载体材料(聚乙烯醇)和添加剂混合均匀，其中各组分所占质量百分比为：羧甲基菊粉38％，载体材料61％，添加剂1％；室温下进行充分搅拌使其混合均匀，将混合物倒入模具中并加压至10mpa，保压20min后开模顶出块状制剂并烘干；
2)分别配制质量浓度为3％的海藻酸钠和质量浓度为6％的聚乙烯醇溶液，将海藻酸钠溶液与聚乙烯醇溶液按体积比2:1混合，在40℃环境中机械搅拌30min使其混合均匀形成稳定的均匀乳液作为聚合物壁材溶液使用，配制质量浓度为10％的氯化氢溶液(盐酸溶液)作为固化剂溶液，将压制成型完成的固体阻垢剂浸没在壁材溶液中反应3min待其充分包裹在固体制剂表面，再将其取出置于固化剂溶液中15min使壁材中的聚合物溶液交联固化形成膜紧密包裹在固体制剂上，重复以上步骤将固体阻垢剂包覆2次；再将所得胶状固体制剂用无水乙醇进行冲洗除去表面残余固化剂溶液，重复冲洗若干次并将其表面乙醇蒸干，在35℃恒温环境中对其进行真空干燥后得到所述的环保缓释型聚合物阻垢剂(固体制剂)。
本实施例所得环保缓释型聚合物阻垢剂在50℃的模拟油田水中阻垢组分的平均释放速率为10mg/l/天，温度升高时其释放速度变快；其阻垢率为85.1％。
实施例2
一种环保缓释型聚合物阻垢剂，其制备方法包括如下具体步骤：
1)将阻垢组分(羧甲基菊粉和聚环氧琥珀酸粉)、载体材料(聚乙烯醇)以及添加剂混合均匀，其中各组分所占质量百分比为：羧甲基菊粉25％，聚环氧琥珀酸粉25％，载体材料用量49.5％，添加剂用量0.5％；室温下进行充分搅拌使其混合均匀，将混合物倒入到模具中并加压至20mpa，保压15min后开模顶出块状制剂并烘干；
2)分别配制质量浓度为3％的海藻酸钠、质量浓度为6％的聚乙烯醇溶液和质量浓度为5％的明胶溶液，将海藻酸钠溶液、明胶溶液以及聚乙烯醇溶液按体积比2:1:1混合，在50℃环境中机械搅拌30min使其混合均匀形成稳定的均匀乳液作为聚合物壁材溶液使用，配制质量浓度为20％的氯化钙溶液作为固化剂溶液，将压制成型完成的固体阻垢剂浸没在壁材溶液中反应3min待其充分包裹在固体制剂表面，再将其取出置于固化剂溶液中15min使壁材中的聚合物溶液交联固化形成膜紧密包裹在固体制剂上，重复以上步骤将固体阻垢剂包覆2次；再将所得胶状固体制剂用无水乙醇进行冲洗除去表面残余固化剂溶液，重复冲洗步骤若干次并将其表面乙醇蒸干，在35℃恒温环境中对其进行真空干燥后得所述环保缓释型聚合物阻垢剂(固体制剂)。
本实施例所得环保缓释型聚合物阻垢剂在50℃的模拟油田水中阻垢组分的平均释放速率为20mg/l/天，温度升高时其释放速度变快；其阻垢率为91.4％。
实施例3
一种环保缓释型聚合物阻垢剂，其制备方法包括如下具体步骤：
1)将阻垢组分(羧甲基菊粉、聚天冬氨酸粉)、载体材料(聚乙烯醇)和添加剂混合均匀，其中按质量比羧甲基菊粉20％，聚天冬氨酸粉25％，载体材料用量54.5％，添加剂用量0.5％，室温下进行充分搅拌使其混合均匀，将混合物倒入模具中并加压至10mpa，保压20min后开模顶出块状制剂并烘干；
2)分别配制质量浓度为4％的海藻酸钠和质量浓度为7％的聚乙烯醇溶液，将海藻酸钠溶液和聚乙烯醇溶液按体积比1:1混合，在40℃环境中机械搅拌30min使其混合均匀形成稳定乳液作为聚合物壁材溶液使用，配制质量浓度为10％的氯化氢溶液作为固化剂溶液，将压制成型完成的固体阻垢剂浸没在壁材溶液中反应5min待其充分包裹在固体制剂表面，再将其取出置于固化剂溶液中20min使壁材中的聚合物溶液交联固化形成膜紧密包裹在固体制剂上，重复以上步骤将固体阻垢剂包覆3次；再将所得胶状固体制剂用无水乙醇进行冲洗除去表面残余固化剂溶液，重复上述步骤若干次并将其表面乙醇蒸干，在35℃恒温环境中对其进行真空干燥后得到环保缓释型聚合物阻垢剂(固体制剂)。
本实施所得环保缓释型聚合物阻垢剂在50℃的模拟油田水中阻垢组分的释放速率约为16mg/l/天，温度升高时其释放速度变快；其阻垢率为88.6％。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。