CN102747374B - 一种油溶性缓蚀剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种油溶性缓蚀剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种油溶性缓蚀剂及其制备方法和应用。该油溶性缓蚀剂由30～70重量％咪唑烷硫酮衍生物、10～40重量％烷基磷酸酯和10～50重量％有机溶剂组成，咪唑烷硫酮衍生物的结构通式如式(1)所示：烷基磷酸酯的结构通式如式(2)所示：
Figure DSA00000481925400011
式中R1为C6～C15烷基，R2为C6～C12烷基，R3为R2或H，R4为R2或H。本发明缓蚀剂能在含H2S和CO2环境中抑制金属表面的腐蚀，且具有良好的金属表面成膜性能，也可用于较高温度和较高压力下的油井或集输管线系统中，对金属管道和设备的表面都具有良好的保护作用。

Description

一种油溶性缓蚀剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于金属腐蚀抑制领域，更具体地说是涉及到一种抑制H2S/CO2腐蚀的油溶性缓蚀剂及其制备方法，特别适用于抑制油田的H2S/CO2腐蚀。
背景技术
油气田开发过程中，伴随油气中含有大量的CO2、H2S和Cl-等腐蚀介质，与地层水、凝析水的共同作用，是导致油气井开采和输送过程中金属材料破坏的主要原因之一，缩短了油气田设备和集输管线的使用寿命。近年来随着石油天然气工业的快速发展，同时含CO2、H2S等腐蚀介质共存的油气田相继出现，由此引起的事故越来越严重，并造成巨大的经济损失和严重的社会后果。目前针对油气田设备和管线的防腐措施主要有3种：选择耐蚀材料、加注缓蚀剂和使用内壁涂层或衬里。缓蚀剂由于具有成本低，操作简单，见效快，并适合长期使用等特点，因此作为一种经济、有效而且通用性强的金属腐蚀控制方法，是油气井及集输系统中最常用的防护措施之一。
CN1277240A公开了一种由咪唑啉含硫衍生物、烷基磷酸酯、炔醇、非离子表面活性剂和溶剂组成的抗CO2腐蚀缓蚀剂。CN1818138A公开了一种由油酸咪唑啉、硫脲、聚氧乙烯醚和溶剂组成的控制CO2腐蚀的缓蚀剂。上述缓蚀剂主要是抑制金属材料在油气田含CO2环境中的CO2腐蚀，但对于H2S的腐蚀问题没有涉及。CN1966774A公开了一种由咪唑啉季胺化合物、烷基醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚和异丙醇组成的抑制油气田开采、集输过程伴生H2S与CO2腐蚀的缓蚀剂，但该缓蚀剂中咪唑啉季胺化合物的制备繁琐，缓蚀剂在100℃以上和较高压力环境下的缓蚀效果较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种抑制H2S/CO2腐蚀的油溶性缓蚀剂及其制备方法，该缓蚀剂能在含H2S和CO2环境中抑制金属表面的腐蚀，且具有良好的金属表面成膜性能。本发明提供的缓蚀剂也可用于较高温度和较高压力下的油井或集输管线系统中，对金属管道和设备的表面都具有良好的保护作用。
本发明提供一种油溶性缓蚀剂，其特征在于该缓蚀剂由下述组分组成：
(A)咪唑烷硫酮衍生物        30～70重量％
(B)烷基磷酸酯              10～40重量％
(C)有机溶剂                10～50重量％
以缓蚀剂总重量计，缓蚀剂中各组分重量百分含量为100重量％。
其中，所述咪唑烷硫酮衍生物的结构通式如式(1)所示：
Figure BSA00000481925600021
式中，R1为C6～C15烷基；所述咪唑烷硫酮衍生物的含量优选为40～60重量％，以缓蚀剂总重量计，缓蚀剂中各组分重量百分含量为100重量％。
所述烷基磷酸酯的结构通式如式(2)所示：
Figure BSA00000481925600022
式中：R2为C6～C12烷基；R3为R2或H；R4为R2或H；所述烷基磷酸酯的含量优选为15～30重量％，以缓蚀剂总重量计，缓蚀剂中各组分重量百分含量为100重量％。
所述有机溶剂是C6～C10芳烃中任意一种，优选含量为15～40重量％，以缓蚀剂总重量计，缓蚀剂中各组分重量百分含量为100重量％。
本发明提供一种所述油溶性缓蚀剂的制备方法，其特征在于：
(I)咪唑烷硫酮衍生物的制备：
将硫脲和二乙烯三胺按照1∶1～1∶1.2的摩尔比混合搅拌，升温至120～200℃，最好是150～180℃，反应2～8小时，最好是3～5小时，得到1-(2-胺乙基)-2-咪唑烷硫酮；冷却到50～90℃后按照与硫脲摩尔比为1∶0.5～1∶2，最好是1∶0.8～1∶1的摩尔比加入饱和脂肪酸，加入完毕后在120～220℃，最好是140～180℃的温度下，反应1～6小时，最好是2～4小时，冷却后得到如结构式(1)所示的咪唑烷硫酮衍生物。
(II)将烷基醇和五氧化二磷按照1∶1～1∶1.5的摩尔比混合搅拌，升温至40～80℃，反应2～6小时，冷却后得到如结构式(2)所示的烷基磷酸酯。
(III)缓蚀剂的制备：
将步骤(I)制备的咪唑烷硫酮衍生物、步骤(II)制备的烷基磷酸酯与有机溶剂按照所述比例混合即得本发明缓蚀剂。
所述制备方法中的饱和脂肪酸为C6～C12烷基一元羧酸，所述烷基醇为C6～C12烷基一元醇。
本发明提供的缓蚀剂可用于含H2S和CO2的油气井、集输管道系统和高矿化度污水中。与现有技术相比，具有用量少、缓蚀效率高、化学稳定性和热稳定性好、应用范围广、成本低廉和制造简便等特点。本发明提供的缓蚀剂在20～150℃，高含H2S和CO2的油水环境中，只须20～80mg/L即可有效控制H2S和CO2对油气井套管和集输管线等金属材料的腐蚀，缓蚀率在90％以上。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但这些实施例并不限制本发明的范围。
实施例1
将硫脲和二乙烯三胺按照1∶1.2的摩尔比混合搅拌，升温至170℃反应3小时；冷却到80℃以下后按照与硫脲摩尔比为1∶1的摩尔比加入异辛酸，加入完毕后在140℃的温度下反应4小时，冷却后得到咪唑烷硫酮衍生物I。
将硫脲和二乙烯三胺按照1∶1的摩尔比混合搅拌，升温至150℃反应4小时；冷却到80℃以下后按照与硫脲摩尔比为1∶0.8的摩尔比加入月桂酸(十二烷酸)，加入完毕后在180℃的温度下反应2小时，冷却后得到咪唑烷硫酮衍生物II。
将硫脲和二乙烯三胺按照1∶1.1的摩尔比混合搅拌，升温至150℃反应4小时；冷却到80℃以下后按照与硫脲摩尔比为1∶0.9的摩尔比加入正辛酸，加入完毕后在180℃的温度下反应2小时，冷却后得到咪唑烷硫酮衍生物III。
实施例2
将正辛醇和五氧化二磷按照1∶1.5的摩尔比混合搅拌，升温至50℃，反应3小时，冷却后得到混合烷基磷酸酯IV。
将正十二醇和五氧化二磷按照1∶1的摩尔比混合搅拌，升温至80℃，反应5小时，冷却后得到混合烷基磷酸酯。
实施例3
根据实施例1～2中制得咪唑烷硫酮衍生物I、II、III和混合烷基磷酸酯IV、V分别与C6～C10芳烃按照一定重量比例搅拌混合制得不同缓蚀剂，如表1所示。
表1 缓蚀剂的组成
Figure BSA00000481925600041
实施例4
为了检验本发明提供缓蚀剂抑制H2S和CO2腐蚀的缓蚀效果，本发明参照石油天然气行业标准SY/T5273-2000《油田采出水用缓蚀剂性能评价方法》，采用高温高压静态的评定方法模拟现场环境对缓蚀剂的缓蚀效果进行评价。实验所采用的介质是总矿化度为2.38×105mg/L、Cl含量为1.21×105mg/L的油田油层水，实验材质为X52钢。实验结果见表2、表3和表4。
表2 不同缓蚀剂实验室评价数据
Figure BSA00000481925600042
从表2可以看出，针对H2S、CO2环境下的腐蚀，添加20mg/L的缓蚀剂后，腐蚀体系的腐蚀性显著降低，50mg/L的缓蚀剂，其缓蚀率都在93％以上。
表3 不同缓蚀剂实验室评价数据
Figure BSA00000481925600051
由表3可知，在80℃，H2S分压为0.5Mpa，CO2分压为2.5Mpa的介质溶液中，添加40mg/L缓蚀剂后，3种缓蚀剂的缓蚀率都超过94％；缓蚀剂的含量为80mg/L时，6种缓蚀剂的缓蚀率都在96％以上。
表4 不同缓蚀剂实验室评价数据
Figure BSA00000481925600052
由表4可知，在120℃，H2S分压为0.5Mpa，CO2分压为2.5Mpa的介质溶液中，6种缓蚀剂的缓蚀率都超过94％。

Claims (12)

1.一种油溶性缓蚀剂，其特征在于该缓蚀剂由下述组分组成：
(A)咪唑烷硫酮衍生物    30～70重量％
(B)烷基磷酸酯          10～40重量％
(C)有机溶剂            10～50重量％
以缓蚀剂总重量计，缓蚀剂中各组分重量百分含量为100重量％；
其中，所述咪唑烷硫酮衍生物的结构通式如式(1)所示：
Figure FSA00000481925500011
式中R1为C6～C15烷基；
所述烷基磷酸酯的结构通式如式(2)所示：
式中R2为C6～C12烷基，R3为R2或H，R4为R2或H。
2.根据权利要求1所述的油溶性缓蚀剂，其特征在于：所述咪唑烷硫酮衍生物的含量为40～60重量％，以缓蚀剂总重量计，缓蚀剂中各组分重量百分含量为100重量％。
3.根据权利要求1或2所述的油溶性缓蚀剂，其特征在于：所述烷基磷酸酯的含量为15～30重量％，以缓蚀剂总重量计，缓蚀剂中各组分重量百分含量为100重量％。
4.根据权利要求1或2所述的油溶性缓蚀剂，其特征在于：所述有机溶剂是C6～C10芳烃中任意一种。
5.根据权利要求1或2所述的油溶性缓蚀剂，其特征在于：所述有机溶剂含量为15～40重量％，以缓蚀剂总重量计，缓蚀剂中各组分重量百分含量为100重量％。
6.权利要求1所述油溶性缓蚀剂的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
(I)咪唑烷硫酮衍生物的制备：
将硫脲和二乙烯三胺按照1∶1～1∶1.2的摩尔比混合搅拌，升温120～200℃，反应2～8小时，冷却到50～90℃后按照与硫脲摩尔比为1∶0.5～1∶2的摩尔比加入饱和脂肪酸，加入完毕后在120～220℃的温度下，反应1～6小时， 冷却后得到结构通式如(1)所示的咪唑烷硫酮衍生物；
(II)将烷基醇和五氧化二磷按照1∶1～1∶1.5的摩尔比混合搅拌，升温至40～80℃，反应2～6小时，冷却后得到结构通式如式(2)所示的烷基磷酸酯；
Figure FSA00000481925500022
(III)缓蚀剂的制备：
将步骤(I)制备的咪唑烷硫酮衍生物、步骤(II)制备的烷基磷酸酯与有机溶剂按照比例混合即得缓蚀剂。
7.根据权利要求6所述油溶性缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述饱和脂肪酸为C6～C12烷基一元羧酸，所述烷基醇为C6～C12烷基一元醇。 
8.根据权利要求6所述油溶性缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(I)中硫脲和二乙烯三胺的反应温度为150～180℃，反应时间为3～5小时。 
9.根据权利要求6或8所述油溶性缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(I)中加入饱和脂肪酸时，饱和脂肪酸与硫脲的摩尔比为1∶0.8～1∶1。 
10.根据权利要求6或8所述油溶性缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述步骤(I)中加入饱和脂肪酸后的反应温度为140～180℃，反应时间为2～4小时。 
11.根据权利要求6所述油溶性缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂是C6～C10芳烃中任意一种。 
12.一种根据权利要求1所述油溶性缓蚀剂的应用，其特征在于：该油溶性缓蚀剂用于含H2S和CO2的油气井、集输管道系统和高矿化度污水中，在温度为20～150℃的情况下，加入量为20～80mg/L。 
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