CN104830303A - 一种缓蚀阻垢泡排剂及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种缓蚀阻垢泡排剂及其制备方法和应用。以质量百分比计，该缓蚀阻垢泡排剂包括以下组份：1-5wt％十二烷基苯磺酸钠，0.1-1wt％烷基酚聚氧乙烯醚，5-15wt％乙氧基化烷基硫酸钠，1-20wt％油酸酰胺丙基甜菜碱，10-15wt％羟乙基纤维素，0.5-8wt％复配咪唑啉类缓蚀剂，1-3wt％阻垢剂，余量为水；其中，所述复配咪唑啉类缓蚀剂中的复配物为焦锑酸钾。本发明另外提供了上述缓蚀阻垢泡排剂的制备方法，包括以下步骤：将十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、乙氧基化烷基硫酸钠、油酸酰胺丙基甜菜碱、羟乙基纤维素、复配咪唑啉类缓蚀剂和阻垢剂进行复配，得到缓蚀阻垢泡排剂。本发明提供的缓蚀阻垢泡排剂，能有效阻垢及缓蚀，且携液效果好。

Description

一种缓蚀阻垢泡排剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于石油开采与环保材料技术领域，具体涉及一种缓蚀阻垢泡排剂及其制备方法和应用。
背景技术
为了提高气田的采收率，在工艺上采取了许多排水措施。在气井产能不太低，水量不太大时，泡沫排水是一种较理想的方法，泡排工艺成功与否的关键在于起泡剂的选择。目前，泡沫排水采气工艺具有投资少、成本低、见效快、实施容易和不影响气井正常生产等优点，因而被广泛采用。1980年四川气田首次进行了含水气井泡沫排水采气试验，经济效益和社会效益十分显著。气井开发后期由于地层压降大，地露压差大，井筒积液严重影响产能且导致废弃压力高，最终采收率低，排液采气是后期开发的必要手段。因此对气井进行泡沫排液采气有着更重要的意义。
目前，起泡剂的性能比较单一，在排水的同时，常常存在井筒结垢和腐蚀等问题。结垢可引起井筒堵塞，严重时甚至堵死气井，影响生产。而腐蚀一直是井筒所要解决的问题，腐蚀不预防会使井筒被盐水或酸性水腐蚀掉，严重影响安全与生产。因此，迫切需要研制出一种具有缓蚀和阻垢性能的新型起泡剂。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种缓蚀阻垢泡排剂，其是具有缓蚀和阻垢性能的新型起泡剂。
本发明的另一目的是提供一种上述缓蚀阻垢泡排剂的制备方法。
本发明的又一目的是提供一种上述缓蚀阻垢泡排剂的应用。
为达到上述目的，本发明提供了一种缓蚀阻垢泡排剂，以质量百分比计，其包括以下组份：1-5wt％十二烷基苯磺酸钠，0.1-1wt％烷基酚聚氧乙烯醚(OP-10)，5-15wt％乙氧基化烷基硫酸钠(AES)，1-20wt％油酸酰胺丙基甜菜碱，10-15wt％羟乙基纤维素，0.5-8wt％复配咪唑啉类缓蚀剂，1-3wt％阻垢剂，余量为水；
其中，所述复配咪唑啉类缓蚀剂中的复配物为焦锑酸钾。
在上述缓蚀阻垢泡排剂中，优选地，所述烷基酚聚氧乙烯醚与所述复配咪唑啉季铵盐缓蚀剂的质量比为1:5。
在上述缓蚀阻垢泡排剂中，优选地，所述油酸酰胺丙基甜菜碱与所述复配咪唑啉类缓蚀剂的质量比为4:1。
在上述缓蚀阻垢泡排剂中，优选地，所述烷基酚聚氧乙烯醚、所述油酸酰胺丙基甜菜碱、所述复配咪唑啉类缓蚀剂三者的质量比为1:20:5。
在上述缓蚀阻垢泡排剂中，优选地，所述复配咪唑啉类缓蚀剂是通过以下步骤制备的：
向含有携水剂的油酸中加入二乙烯三胺，在150-180℃下搅拌，进行2-5h酰化反应，然后升温至180-220℃，搅拌，进行4-8h环化反应，得到咪唑啉中间体；
将咪唑啉中间体冷却至70-80℃，搅拌下，向咪唑啉中间体中加入季铵化试剂，进行3-4h季铵化反应，得到咪唑啉季铵盐缓蚀剂；
将焦锑酸钾与所述咪唑啉季铵盐缓蚀剂进行复配，得到复配咪唑啉类缓蚀剂。
在上述缓蚀阻垢泡排剂中，优选地，所述携水剂为二甲苯或石油醚，所述季铵化试剂为氯化苄、硫酸二甲酯或氯乙酸钠。
在上述缓蚀阻垢泡排剂中，优选地，所述携水剂与所述油酸的质量比为1：3；所述油酸和所述二乙烯三胺的摩尔比为0.5-1:1.0-1.5；所述咪唑啉中间体与所述季铵化试剂的摩尔比为0.5-1:1.0-1.5；所述复配物和所述咪唑啉季铵盐缓蚀剂的摩尔比为1-3:20-50。
在上述缓蚀阻垢泡排剂中，优选地，所述阻垢剂为聚天冬氨酸。
在上述缓蚀阻垢泡排剂中，优选地，所述聚天冬氨酸是通过以下步骤制备的：
将马来酸酐与铵盐溶液在70-80℃下进行1-2h氨化反应，马来酸酐与铵根离子的摩尔比为0.5-1:1-1.2，然后在150-160℃下进行1-1.5h聚合反应，得到聚琥珀酰亚胺；
在50-60℃下，将聚琥珀酰亚胺用浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液溶解，并使溶液pH>10，在此条件下进行1-2h水解反应；
反应结束后，将溶液冷却后过滤，滤液用稀盐酸调至中性，然后进行浓缩，再加入无水乙醇析出产物，过滤烘干后得到聚天冬氨酸。
在上述缓蚀阻垢泡排剂中，优选地，所述铵盐为碳酸铵。
本发明提供的缓蚀阻垢泡排剂，其各组份的加入主旨思想为相互不影响并能起到缓蚀、阻垢、泡排的作用。在该缓蚀阻垢泡排剂中，各组分相互配合使该缓蚀阻垢泡排剂在排水的同时，解决了井筒结垢和腐蚀等问题。复配物焦锑酸钾的使用，不仅与缓蚀剂有协同作用，提升了缓蚀效果，而且也提升了阻垢和排泡效果，使其能够满足油田用缓蚀阻垢泡排剂的要求。而且，在该缓蚀阻垢泡排剂中，阻垢剂的作用机理是螯合钙镁离子使之不产生碳酸钙碳酸镁的垢物，因此，阻垢剂的使用提高了泡排剂的耐矿化度，很大程度地满足了现场需求。
本发明还提供了上述缓蚀阻垢泡排剂的制备方法，其包括以下步骤：
将十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、乙氧基化烷基硫酸钠、油酸酰胺丙基甜菜碱、羟乙基纤维素、复配咪唑啉类缓蚀剂、阻垢剂和水进行复配，得到缓蚀阻垢泡排剂。
根据本发明的具体实施方案，优选地，上述制备方法还包括以下步骤：
步骤一：向含有携水剂的油酸中加入二乙烯三胺，在150-180℃搅拌下进行2-5h酰化反应，然后升温至180-220℃，搅拌，进行环化反应4-8h，得到咪唑啉中间体；
步骤二：将咪唑啉中间体冷却至70-80℃，搅拌下，向咪唑啉中间体中加入季铵化试剂，进行3-4h季铵化反应，得到咪唑啉季铵盐缓蚀剂；
步骤三：将焦锑酸钾与所述咪唑啉季铵盐缓蚀剂进行复配，得到复配咪唑啉类缓蚀剂；
步骤四：将马来酸酐与碳酸铵溶液在70-80℃下氨化反应1-2h，然后在150-160℃下聚合反应1-1.5h，得到聚琥珀酰亚胺；
步骤五：在50-60℃下，将聚琥珀酰亚胺用浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液溶解，并使溶液pH>10，在此条件下水解反应1-2h；
步骤六：反应结束后，将溶液冷却后过滤，滤液用稀盐酸调至中性，然后进行浓缩，再加入无水乙醇析出产物，过滤烘干后得到聚天冬氨酸；
步骤七：将十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、乙氧基化烷基硫酸钠、油酸酰胺丙基甜菜碱、羟乙基纤维素、复配咪唑啉类缓蚀剂、阻垢剂和水进行复配，得到缓蚀阻垢泡排剂。
本发明另外提供了上述缓蚀阻垢泡排剂的应用，其包括以下步骤：将上述缓蚀阻垢泡排剂加入积液中，进行排水作业，二者的质量比为2-5:100。
在使用时，可将这些组份由油套环空随液流到井底，随着采气的进行与液体的搅动与井底积液反应形成大量气泡将积液带出井底。
本发明提供的缓蚀阻垢泡排剂对油田高含水期油井及输水管道均有较好的缓蚀阻垢作用，缓蚀率与阻垢率均达到90％以上，并且具有良好的携液效果。
附图说明
图1为测试例2中测得的耐矿化度试验曲线图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例提供了一种缓蚀阻垢泡排剂，其包括以下步骤：
1、缓蚀剂的制备，其包括以下步骤：
(1)先将28.22g(0.1mol)油酸加入已烘干的三口烧瓶中，加入适量沸石后用电热套加热并开始搅拌，使油酸完全熔化，加入10mL的二甲苯作携水剂，当升温至160℃时，在不断搅拌下用恒压滴液漏斗向三口烧瓶中缓慢滴加二乙烯三胺(油酸和二乙烯三胺的摩尔比为1:1)，逐渐开始有水生成，表明酰胺化反应开始，在此温度下反应3小时。
(2)用电热套继续将其升温至180℃，用分水器不断将水分出，环化反应4小时，生成咪唑啉中间体。
(3)向咪唑啉中间体中按咪唑啉中间体和氯化苄以1:1的摩尔比加入季铵化试剂，在水浴中反应3小时，得到黄色或棕色粘稠液态咪唑啉季铵盐缓蚀剂，加入复配物焦锑酸钾(焦锑酸钾与咪唑啉季铵盐的摩尔比为1:20)得到复配咪唑啉类缓蚀剂。
2、阻垢剂的制备，其包括以下步骤：
(1)称量干净的烧瓶质量m1，用于后面计算产率。
(2)在烧杯中用20mL水溶解9.8g马来酸酐，倒入装有搅拌装置和冷凝装置的三口烧瓶中；待温度升至70-80℃时，在搅拌状态下向烧瓶中缓慢加入铵根离子与马来酸酐(马来酸酐与铵根离子的物质的量之比为1:1.2)的碳酸铵溶液，反应1-2h。
(3)用石蜡浴电炉加热进行聚合反应，反应1-1.5h，此过程不进行搅拌和冷凝，得到中间产物聚琥珀酰亚胺，称其与烧瓶的总质量m2。
(4)待烧瓶冷却后放入50-60℃的水浴中加热，同时加入2mol/L的氢氧化钠溶液将固体溶解，使溶液PH>10，反应1-2h进行水解。
(5)溶液冷却后过滤，滤液用稀盐酸调至中性，用加热套蒸发浓缩至5-10mL左右，加入无水乙醇析出产物，过滤烘干后得到聚天冬氨酸，即阻垢剂。
3、缓蚀阻垢泡排剂的制备，其包括以下步骤：
将以下组份：1wt％十二烷基苯磺酸钠，0.1wt％烷基酚聚氧乙烯醚，10wt％乙氧基化烷基硫酸钠，2wt％油酸酰胺丙基甜菜碱，10wt％羟乙基纤维素，0.5wt％复配咪唑啉类缓蚀剂，1wt％阻垢剂和余量的水进行复配，得到缓蚀阻垢泡排剂。
试验例1
本试验例是对实施例1制得的缓蚀阻垢泡排剂的效果验证实验。
A油田潜山B区块气井存在严重的积液现象，采出液中离子浓度高，腐蚀性大，由于积液严重影响气井正常工作。针对该气井采出液的情况，缓蚀阻垢泡排剂的效果验证实验如下。
1、缓蚀效果验证实验
参照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5273-2000《油田采出水用缓蚀剂性能评价方法》，采用经典失重法对缓蚀阻垢泡排剂进行缓蚀性能评价，该实验的方法包括以下步骤：
在常压、45℃恒温条件下，取现场地层水，测试时将之前已经处理好的试片放入恒温待测地层水(矿化度为4892.58mg/L)溶液中，地层水加量为20cm3/平方厘米试片表面积，将实施例1中缓蚀阻垢泡排剂加入地层水中(缓蚀阻垢泡排剂的质量为水的2％)模拟地层水溶液对N80钢片作用24小时后的缓蚀性能，结果显示，该缓蚀阻垢泡排剂在地层水中的缓蚀率可以达到92.466％。
2、阻垢效果验证实验
该实验的方法包括以下步骤：
将实施例1提供的缓蚀阻垢泡排剂加入地层水中，缓蚀阻垢泡排剂的质量为水的2％，得到实验水样溶液；
将未加缓蚀阻垢泡排剂的水样和实验水样溶液于160℃的恒温干燥箱中静置12h后，从干燥箱中取出并冷却后过滤，分别得到空白水样和实验水样；
以未加缓蚀阻垢泡排剂也未加热的地层水样作为原始水样；
从上述原始水样、空白水样、实验水样中各移取20mL的液体分别置于250mL的锥形瓶中，采用EDTA络合滴定法测定各水样的钙离子浓度，测得原始水样的钙离子浓度为187.92mg/L，空白水样的钙离子浓度为40.2mg/L，实验水样钙离子浓度为183.5mg/L；
计算实施例1制得的缓蚀阻垢泡排剂的阻垢率，其中，阻垢率＝(实验水样的钙离子浓度-空白水样的钙离子浓度)×100％/(原始水样的钙离子浓度-空白水样的钙离子浓度)。计算结果显示，该缓蚀阻垢泡排剂的阻垢率为97.01％。
3、泡排剂携水效果实验
该气井井底温度为60℃时，矿化度为2000mg/L，在该实验条件下测得，泡沫的体积为410mL、半衰期为20min，气体流量为2.5L/min时，泡沫的含水率为26.8％，携液率达到86.7％，携液效果好。
由以上测试可知：本发明对油田高含水期油井及输水管道均有较好的缓蚀阻垢作用，缓蚀率与阻垢率均达到90％以上，并且具有良好的携液效果。
试验例2
本测试例提供了实施例1中缓蚀阻垢泡排剂的耐矿化度试验。
测试对象：
(1)实施例1中制得的缓蚀阻垢泡排剂；
(2)与实施例1相比不添加阻垢剂的泡排剂。
测试方法：
将配制好的不同浓度的(1)和(2)溶液100mL分别倒入量筒中，25℃条件下，在大于5000r/min的转速下搅拌60s，读取泡沫体积。通过泡沫体积反应泡排剂的耐矿化度，测试结果见图1。
如图1所示，加入阻垢剂后，较大程度地提升了泡排剂的耐矿化度。
测试例3
本测试例提供了几种组份间的协同效果试验。
采用SY/T 5405-1996《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》标准，盐酸浓度为15％(质量分数)，试验温度为60℃，酸化反应时间为4小时。单独使用复配咪唑啉类缓蚀剂的加量为0.5％(质量分数)，缓蚀率为99.12％。
(1)OP-10(烷基酚聚氧乙烯醚)与复配咪唑啉类缓蚀剂的复配体系：
当OP-10的加量为0.1％(质量分数)，复配咪唑啉类缓蚀剂的加量为0.5％(质量分数)，缓蚀剂体系的缓蚀率可以达到99.464％，与单独使用咪唑啉季铵盐缓蚀剂相比，缓蚀率提高了0.3％左右，说明OP-10与咪唑啉季铵盐缓蚀剂具有很好的协同作用。
(2)油酸酰胺丙基甜菜碱与复配咪唑啉类缓蚀剂的复配体系：
将油酸酰胺丙基甜菜碱(质量分数为2％)与复配咪唑啉类缓蚀剂进行复配(二者的质量比为4:1)，测得的缓蚀率为99.55％，而单独使用油酸酰胺丙基甜菜碱(质量分数为2％)时，缓蚀率为92.88％。说明油酸酰胺丙基甜菜碱与复配咪唑啉类缓蚀剂具有很好的协同作用。
(3)OP-10、油酸酰胺丙基甜菜碱与复配咪唑啉类缓蚀剂的复配体系：
当OP-10：油酸酰胺丙基甜菜碱：复配咪唑啉类缓蚀剂＝1:20:5(质量比)时(此时OP-10的质量分数为0.1％)，缓蚀率为99.731％。说明三者具有很好的协同作用。

Claims (10)

1.一种缓蚀阻垢泡排剂，以质量百分比计，其包括以下组份：
1-5wt％十二烷基苯磺酸钠，0.1-1wt％烷基酚聚氧乙烯醚，5-15wt％乙氧基化烷基硫酸钠，1-20wt％油酸酰胺丙基甜菜碱，10-15wt％羟乙基纤维素，0.5-8wt％复配咪唑啉类缓蚀剂，1-3wt％阻垢剂，余量为水；
其中，所述复配咪唑啉类缓蚀剂中的复配物为焦锑酸钾。
2.如权利要求1所述的缓蚀阻垢泡排剂，其中，所述烷基酚聚氧乙烯醚与所述复配咪唑啉季铵盐缓蚀剂的质量比为1:5。
3.如权利要求1所述的缓蚀阻垢泡排剂，其中，所述油酸酰胺丙基甜菜碱与所述复配咪唑啉类缓蚀剂的质量比为4:1。
4.如权利要求1所述的缓蚀阻垢泡排剂，其中，所述烷基酚聚氧乙烯醚、所述油酸酰胺丙基甜菜碱、所述复配咪唑啉类缓蚀剂三者的质量比为1:20:5。
5.如权利要求1所述的缓蚀阻垢泡排剂，其中，所述复配咪唑啉类缓蚀剂是通过以下步骤制备的：
向含有携水剂的油酸中加入二乙烯三胺，在150-180℃下搅拌，进行2-5h酰化反应，然后升温至180-220℃，搅拌，进行4-8h环化反应，得到咪唑啉中间体；
将咪唑啉中间体冷却至70-80℃，搅拌下，向咪唑啉中间体中加入季铵化试剂，进行3-4h季铵化反应，得到咪唑啉季铵盐缓蚀剂；
将焦锑酸钾与所述咪唑啉季铵盐缓蚀剂进行复配，得到复配咪唑啉类缓蚀剂；
优选地，所述携水剂为二甲苯或石油醚，所述季铵化试剂为氯化苄、硫酸二甲酯或氯乙酸钠。
6.如权利要求5所述的缓蚀阻垢泡排剂，其中，所述携水剂与所述油酸的质量比为1：3；所述油酸和所述二乙烯三胺的摩尔比为0.5-1:1.0-1.5；所述咪唑啉中间体与所述季铵化试剂的摩尔比为0.5-1:1.0-1.5；所述复配物和所述咪唑啉季铵盐缓蚀剂的摩尔比为1-3:20-50。
7.如权利要求1所述的缓蚀阻垢泡排剂，其中，所述阻垢剂为聚天冬氨酸；
优选地，所述聚天冬氨酸是通过以下步骤制备的：
将马来酸酐与铵盐溶液在70-80℃下进行1-2h氨化反应，马来酸酐与铵根离子的摩尔比为0.5-1:1-1.2，然后在150-160℃下进行1-1.5h聚合反应，得到聚琥珀酰亚胺；
在50-60℃下，将聚琥珀酰亚胺用浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液溶解，并使溶液pH>10，在此条件下进行1-2h水解反应；
反应结束后，将溶液冷却后过滤，滤液用稀盐酸调至中性，然后进行浓缩，再加入无水乙醇析出产物，过滤烘干后得到聚天冬氨酸；
进一步优选地，所述铵盐为碳酸铵，所述聚合反应的温度为150℃。
8.权利要求1-7任一项所述的缓蚀阻垢泡排剂的制备方法，其包括以下步骤：
将十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、乙氧基化烷基硫酸钠、油酸酰胺丙基甜菜碱、羟乙基纤维素、复配咪唑啉类缓蚀剂、阻垢剂和水进行复配，得到缓蚀阻垢泡排剂。
9.如权利要求8所述的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一：向含有携水剂的油酸中加入二乙烯三胺，在150-180℃搅拌下进行2-5h酰化反应，然后升温至180-220℃，搅拌，进行环化反应4-8h，得到咪唑啉中间体；
步骤二：将咪唑啉中间体冷却至70-80℃，搅拌下，向咪唑啉中间体中加入季铵化试剂，进行3-4h季铵化反应，得到咪唑啉季铵盐缓蚀剂；
步骤三：将焦锑酸钾与所述咪唑啉季铵盐缓蚀剂进行复配，得到复配咪唑啉类缓蚀剂；
步骤四：将马来酸酐与碳酸铵溶液在70-80℃下氨化反应1-2h，然后在150-160℃下聚合反应1-1.5h，得到聚琥珀酰亚胺；
步骤五：在50-60℃下，将聚琥珀酰亚胺用浓度为2mol/L的氢氧化钠溶液溶解，并使溶液pH>10，在此条件下水解反应1-2h；
步骤六：反应结束后，将溶液冷却后过滤，滤液用稀盐酸调至中性，然后进行浓缩，再加入无水乙醇析出产物，过滤烘干后得到聚天冬氨酸；
步骤七：将十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、乙氧基化烷基硫酸钠、油酸酰胺丙基甜菜碱、羟乙基纤维素、复配咪唑啉类缓蚀剂、阻垢剂和水进行复配，得到缓蚀阻垢泡排剂。
10.权利要求1-7任一项所述的缓蚀阻垢泡排剂的应用，其包括以下步骤：将上述缓蚀阻垢泡排剂加入积液中，进行排水作业，二者的质量比为2-5:100。
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