结垢与腐蚀问题一直是制约油田安全高效生产的关键问题之一,特别是随着超临界CO₂驱、聚合物驱等非常规采油手段的使用,油田采出液的组成越来越复杂,油田的设备和管道面临的结垢与腐蚀风险也更加严峻。添加阻垢缓蚀剂是一种高效、经济的防止结垢和腐蚀常用手段。随着人们环境保护意识的增强,当前油田生产中亟需开发新型的、绿色高效的阻垢缓蚀剂,来降低环境和安全风险。因此本课题在充分调研国内外相关文献的基础上合成一种新型无磷三元聚合物型阻垢缓蚀剂。首先采用自由聚合的方法,以马来酸酐(MA)、丙烯酸(AA)和2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)为单体合成了三元共聚物P(MA-AA-AMPS)。通过红外光谱、核磁共振、凝胶色谱分析和热重分析对合成产物进行表征。结果表明:MA、AA和AMPS成功发生了聚合反应,合成的聚合物分子量分布处于10~4的数量级,分子量分布较为均一。P(MA-AA-AMPS)具有较好的热稳定性,当温度为308.3℃时,质量损失仅仅为15.30%,新型阻垢缓蚀剂可以适用于油气集输生产环境。接着采用静态阻垢实验研究了合成条件和使用条件对CaCO₃和CaSO₄两种常见钙垢的阻垢效率的影响,并与目前常用商用阻垢剂进行了对比。实验结果表明:P(MA-AA-AMPS)对CaCO₃和CaSO₄具有较好的阻垢效率,最高可以分别达到95.52%和96.31%。同时P(MA-AA-AMPS)具有较好的耐温耐盐性能,在温度达到90℃时对CaCO₃阻垢效率仍能达到89.84%。在Ca²⁺浓度为1200mg/L时对CaCO₃阻垢效率仍能达到82.65%。在温度达到80℃时对CaSO₄阻垢效率仍能达到92.63%。在Ca²⁺浓度为6800 mg/L时对CaSO₄阻垢效率仍能达到91.62%。针对长庆油田某区块油田水的水质情况,P(MA-AA-AMPS)仍然具有较高阻垢效率,对钙垢阻垢效率可达86.67%,具有较好的应用价值和潜力。之后利用SEM、XRD观察与分子动力学模拟方法对新型阻垢剂的阻垢机理进行了研究,结果表明:P(MA-AA-AMPS)对CaCO₃晶体的生长和形貌有很大的影响。P(MA-AA-AMPS)可以通过非键相互作用和部分成键作用,诱导和参与CaCO₃晶体生长过程,使CaCO₃从稳定的方解石晶体转变为不稳定的球霰石和文石。P(MA-AA-AMPS)可以影响CaSO₄晶体的规则生长,改变CaSO₄的尺寸,但是CaSO₄的晶体类型不会发生大的变化,(MA-AA-AMPS)可以克服自身形变,通过库仑相互作用以及氢键,吸附在CaSO₄晶体表面,影响CaSO₄晶体规则生长。接着采用腐蚀失重试验、极化曲线、电化学阻抗谱研究新型阻垢缓蚀剂的缓蚀性能。实验结果表明:添加P(MA-AA-AMPS)后的腐蚀表现出混合抑制的效应,随着P(MA-AA-AMPS)用量的增加,腐蚀反应中的电荷转移电荷转移阻力增大,腐蚀反应受到明显的抑制。在加剂浓度在60mg/L时,缓蚀效率达到81.84%,温度对其作用效果影响显著。最后利用SEM、吸附等温线分析以及分子动力学模拟方法研究其缓释机理。结果表明:P(MA-AA-AMPS)在Q235钢表面的吸附符合朗缪尔吸附等温线的规律,吸附自由能计算结果说明P(MA-AA-AMPS)分子可以通过一种包含物理吸附和化学吸附的混合模式,吸附在Q235钢表面。同时P(MA-AA-AMPS)分子可以在金属表面相互交织缠绕,增强了其吸附膜的致密性,增强了缓蚀效果。