[发明专利]一种二氧化硅胶体诱垢剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于胶体技术领域，具体涉及一种二氧化硅胶体诱垢剂的制备方法。

背景技术

在一定的压力和温度下，含有成垢离子的溶液相遇时就会形成不溶于水的沉淀，结晶并吸附于容器或管道内壁，给生产和生活带来了极大的不便。例如，普通的循环水输送管道中形成的碳酸钙、碳酸镁垢；石油开采领域油水输送管道中形成的硫酸钡、硫酸锶垢等。其中以后者最难清理，危害非常大，这是因为：1)结垢可能发生在砾石填充层、井下泵、油管管柱、油嘴、储油设备、集输管线、原油加工设备以及水处理系统的任何部位；2)硫酸钡和硫酸锶垢附着牢固、垢体坚硬，难以用常规酸碱类物质清除。结垢经常会造成输送管线缩径、输送量急剧下降外，有时甚至堵塞集输管线，导致采油设备或工件报废。结垢频发的问题严重影响着油田作业，致使开采效率下降，采油成本急剧上升。

目前，相对方便和高效的阻垢方法就是向输送流体中加阻垢剂。阻垢剂的主要类型有聚羧酸盐类、有机膦酸酯类、有机膦酸盐类、天然高分子和共聚物阻垢剂等，其中已商品化的钡锶垢阻垢剂有BS-2E钡离子稳定剂、AMPS/AA二元共聚物、ZPS-01、LZG-I、乙二胺四乙酸二钠(EDTA)等。这些阻垢剂可在一定程度上减缓硫酸钡锶垢的生成速度，当将污水回注到地层时，由于地层温度、压力等条件的改变，致使含有大量成垢离子的污水于地层发生二次结垢现象，造成油井的堵塞甚至报废，并且从工业应用上反馈的信息可知，现用的一些阻垢剂存在着生产成本高、阻垢性能不高、抗温性差和不易生物降解等缺点。

胶体微粒具有较大的表面积且通常带有电荷，容易吸附成垢离子，可以诱导大量的成垢离子以胶体微粒为晶核生长，具有沉淀结构疏松、沉淀量大等优点，从而可减免污水回注时的二次结垢现象，而且生成的沉淀以絮状悬浮于溶液中，通过沉积或过滤就可以从流体中除去，从而可以避免顽垢在容器或管道内壁形成。然而，要将胶体作为诱垢剂应用到实际生产中，还必须在控制胶体的稳定性、提高胶体在混合相中的分散度等方面有所突破。

发明内容

本发明目的旨在提供一种二氧化硅胶体诱垢剂的制备方法，使其在水溶液、油溶液以及油水混合物中均具有较好的分散稳定性，用以诱导成垢离子在胶粒周围结垢，阻止顽垢在容器或管道内壁形成以及避免二次结垢现象。

基于上述目的，本发明采用了以下的技术方案：一种二氧化硅胶体诱垢剂的制备方法，包括二氧化硅胶体的制备和表面活性剂对二氧化硅胶体的改性，所述的表面活性剂为硅烷偶联剂，通式为R′mSi(OR＂)n，其中R′为C链长度1～20的烃基，上带有羟基、羧基、双键、环氧基、氨基、巯基、脲基、四硫基或卤素；R＂为C链长度1～18的烃基；1≤n≤3，1≤m≤3，2n+m＝4。

所述二氧化硅胶体的制备步骤包括：(1)Li、B、K、Na、Zn、Al的硅酸盐中的一种或任意组合溶解在水与有机溶剂组成的混合溶剂中，配制成浓度为0.1-20％的硅酸盐溶液，所述有机溶剂为乙醇、丙酮、苯、甲苯、四氯化碳中的一种或任意组合；(2)步骤(1)所得硅酸盐溶液先后经阳离子交换树脂、阴离子交换树脂处理，再除去不溶性杂质后得到二氧化硅胶体母液，所述母液进行增粒反应后即得二氧化硅胶体。

所述的阳离子交换树脂为均孔型，使用前的pH值为4.0～5.0，经阳离子交换后交换液的pH值控制在1.0～6.0；所述的阴离子交换树脂为强碱型，使用前的pH值为7.0～8.0，阴离子交换后交换液的pH值控制在2.0～6.0。

所述增粒反应的操作方法为：从所述母液中取1重量份作为基液，5～20重量份作为滴加液；用所述的硅酸盐溶液将基液pH值调节到7.5～10.0后，缓慢加热至40～120℃；将滴加液逐滴加入到基液中反应1～10小时，反应中体系的pH值用所述硅酸盐溶液控制在7.5～10.0。

制备二氧化硅胶体时，增粒反应产物还需要在40-90℃的温度条件下陈化1-20小时。

将制备好的二氧化硅胶体浓缩至固含量为5～50％，加入表面活性剂对其进行改性；改性方法为：将表面活性剂与二氧化硅胶体混合，反应1～10小时，反应温度为室温～90℃，反应后用氨水将体系的pH值调至8.0～13.0；所述表面活性剂与二氧化硅胶体的质量比为1：5-200，得到负电性的二氧化硅胶体诱垢剂。