CN106221686A - 高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液 - Google Patents

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李莉花
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Abstract

本发明属于油气田化学技术领域，公开一种高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，由下述方法制备：向反应釜中加入溶剂，开启搅拌，依次加入碳酰肼、甲酸钠，溶解后，再依次加入巯基咪唑啉、烷基咪唑啉季胺化衍生物、阳离子表面活性剂，搅拌均匀即可；以重量百分比计，所述各物料的投料量占比为：巯基咪唑啉5％～8％、烷基咪唑啉季胺化衍生物3％～5％、碳酰肼1％～2％、阳离子表面活性剂0.5％～1％、甲酸钠10％～40％、溶剂余量。所述环空保护液为水溶性，使用方便，用量少，稳定易溶，成膜致密，在金属表面有较强的吸附性且抑制腐蚀效果好，可有效抑制H2S、CO2、矿化度盐水、完井液等对油套管的腐蚀，具有较大的经济效益及社会效益。

Description

高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液
技术领域
本发明属于油气田化学技术领域，具体涉及一种溶性咪唑啉环空保护液，主要用于抑制高温高酸性气井中H2S、CO2、矿化度腐蚀环境对生产油管、套管的腐蚀。
背景技术
高温高酸性气田气井防腐是一大重要难题。高酸性气井富含H2S、CO2以及产出液中富含水、腐蚀性矿物离子等。普光气田为国内首次大规模开发的酸性气田，H2S和CO2的含量高，其中，H2S平均含量15.16％，CO2含量8.64％，井温基本高于100℃，属于高温高含硫气田.国外中亚某气田，井底温度均超过130℃，H2S分压1.5MPa、CO2分压3MPa以上，腐蚀环境非常恶劣，给油管、套管造成非常大的风险。正常情况下，完井作业完成以后，油套管环空基本上不存在腐蚀性气体，但由于提喷、泄漏等修井作业，可造成H2S、CO2、盐水等腐蚀性介质进入环空造成腐蚀，同时，由于环空加注过程溶液中存在溶解氧，氧的存在，加剧腐蚀。
一般情况下，为延长油管、套管的服役寿命，基本会采用封隔器完井作业。油管采用耐腐蚀的合金钢，封隔器下套管选择高抗硫材质，封隔器以上选择适用一般的抗硫材质，并在环空中加注环空保护液进行保护。
环空保护液主要分为油溶性环空保护液和水溶性环空保护液。油溶性环空保护液的耐温性及防腐性能都比较突出，但存在成本较高、污染环境等问题，在应用上受到一定限制。水溶性环空保护液成本低，效果理想，但是，多数水溶性环空保护液存在高酸性环境下效果不理想或者在高温环境时失效的难题。
经广泛查阅国内外资料，咪唑啉类缓蚀剂具有优良的缓蚀性能、无特殊的刺激性气味、热稳定性好、毒性低，在油田管线设备的防护实践中被广泛应用。因此，研发团队针对高温、高酸性腐蚀环境开发了一种以咪唑啉缓蚀剂为基础的环空保护液，重点解决高温高酸性环空腐蚀难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题：高温高酸性气井中存在的H2S、CO2、矿化度、溶解氧等腐蚀环境对生产油管、套管的腐蚀。
解决问题的技术方案：本发明提供一种高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，用于抑制环空中二氧化碳、硫化氢、矿化度、溶解氧等对生产油管、套管的腐蚀、降低腐蚀速率，延长气井的生产寿命。
高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，由下述方法制备：向反应釜中加入溶剂，开启搅拌，依次加入碳酰肼、甲酸钠，溶解后，再依次加入巯基咪唑啉、烷基咪唑啉季胺化衍生物、阳离子表面活性剂，搅拌均匀即可；
以重量百分比计，所述各物料的投料量占比为：
进一步地，所述烷基咪唑啉季胺化衍生物由下述方法制备：
(1)咪唑啉中间体合成
将原料三乙烯四胺、携水剂二甲苯置入带真空、底阀的不锈钢反应釜中，开启搅拌，加热至38～43℃，缓慢加入原料硬脂酸，逐渐升温至125℃，反应0.5h，直至生成水量不再增加，再逐渐升温至180℃至200℃，不再有水生成，反应终止；减压蒸馏出携水剂二甲苯，冷却至常温。
(2)季铵化：将所得咪唑啉中间体与氯化苄加入到带有搅拌器、温度计、冷凝管的反应釜中，在110℃左右保持4h～6h，即得烷基咪唑啉季胺化衍生物。
所述物料投料质量比为硬脂酸﹕三乙烯四胺﹕二甲苯﹕氯化苄＝285﹕160﹕60﹕130
本发明所述的阳离子表面活性剂用作环空保护液的杀菌剂。所述阳离子表面活性剂具体是十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)。
本发明所述的环空保护液为水溶性环空保护液，其制备所用溶剂为水。
优选地，一种高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，以重量百分比计，所述各物料的投料量占比为：
巯基咪唑啉6％
烷基咪唑啉季胺化衍生物4％
碳酰肼1.5％
阳离子表面活性剂0.8％
甲酸钠20％
水67.7％。
优选地，一种高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，以重量百分比计，所述各物料的投料量占比为：
巯基咪唑啉5％
烷基咪唑啉季胺化衍生物3％
碳酰肼1％
阳离子表面活性剂0.5％
甲酸钠10％
水80.5％。
优选地，一种高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，以重量百分比计，所述各物料的投料量占比为：
巯基咪唑啉8％
烷基咪唑啉季胺化衍生物5％
碳酰肼2％
阳离子表面活性剂1％
甲酸钠40％
水44％。
优选地，一种高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，以重量百分比计，所述各物料的投料量占比为：
巯基咪唑啉7％
烷基咪唑啉季胺化衍生物3.5％
碳酰肼1.8％
阳离子表面活性剂0.7％
甲酸钠30％
水57％。
本发明所述环空保护液，至少具有下述的有益效果或优点：
所述环空保护液是由巯基咪唑啉、烷基咪唑啉季胺化衍生物与除氧剂、加重剂等多种助剂组成的混合物，向水中依次加入碳酰肼、甲酸钠，开启搅拌，再依次加入巯基咪唑啉、烷基咪唑啉季胺化衍生物、阳离子表面活性剂，搅拌均匀即可，制备工艺简单。
所述环空保护液为水溶性环空保护液，使用方便，使用时，直接将环空保护液注入环空即可。
本发明所述环空保护液使用量少，稳定易溶，成膜致密，在金属表面有较强的吸附性且抑制腐蚀效果好；并且由于加注有加重剂可以平衡地层压力，减轻套管头或封隔器承受的压力，防止封隔器刺漏。室内进行评价：
(1)环空保护液防腐性能：腐蚀速率小于0.076mm/y；
(2)高含H2S/CO2、盐水腐蚀环境：缓蚀率大于85％；
(3)除氧率：大于95％。
本发明所述环空保护液主要用于石油、天然气开采行业。随着含H2S、CO2的高温高酸性气田开发进入中后期，油套管环空防腐日趋严峻，所开发的气井用环空保护液可以有效地抑制H2S、CO2、矿化度盐水对油套管的腐蚀，具有较大的经济效益及社会效益。
具体实施方式
下面通过实例对本发明做进一步说明，需要说明的是下述的实例仅仅是本发明其中的例子，不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求书为准。
实施例1
本实施例提供一种高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，由下列原料制成：巯基咪唑啉50kg、烷基咪唑啉季胺化衍生物30kg、杀菌剂为阳离子表面活性剂5kg、碳酰肼10kg、甲酸钠100kg、水805kg。
其制备方法：在钢制反应釜中加入805kg水，搅拌，依次加入碳酰肼5kg、甲酸钠100kg，搅拌溶解，再依次加入巯基咪唑啉50kg、烷基咪唑啉季胺化衍生物30kg、杀菌剂为阳离子表面活性剂5kg，搅拌均匀即可。
所述烷基咪唑啉季胺化衍生物由下述方法制备：
(1)咪唑啉中间体合成
将原料三乙烯四胺、携水剂二甲苯置入带真空、底阀的不锈钢反应釜中，开启搅拌，加热至38℃，缓慢加入原料硬脂酸，逐渐升温至125℃，反应0.5h，直至生成水量不再增加，再逐渐升温至180℃，不再有水生成，反应终止；减压蒸馏出携水剂二甲苯，冷却至常温。
(2)季铵化：将所得咪唑啉中间体与氯化苄加入到带有搅拌器、温度计、冷凝管的反应釜中，在110℃左右保持4h，即得烷基咪唑啉季胺化衍生物。
所述物料投料质量比为硬脂酸﹕三乙烯四胺﹕二甲苯﹕氯化苄＝285﹕160﹕60﹕130
所述的阳离子表面活性剂用作环空保护液的杀菌剂。优选地，所述阳离子表面活性剂具体是十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)。
所得环空保护液的性能实验结果：
(1)对110SS金属试片进行测试，腐蚀速率0.0241mm/y；
(2)含H2S、CO2腐蚀实验：腐蚀速率0.051mm/y；
(3)常温放置溶液均匀，130℃高温放置168h后溶液均匀；
(4)常压下水溶液充分曝气，除氧率96％。
实施例2
本实施例所给高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，由下列原料制成：巯基咪唑啉60kg、烷基咪唑啉季胺化衍生物40kg、杀菌剂为阳离子表面活性剂8kg、碳酰肼15kg、甲酸钠200kg、水677kg。
其制备方法：向钢制反应釜中加入677kg水，搅拌，依次加入碳酰肼15kg、甲酸钠200kg，搅拌溶解，再依次加入巯基咪唑啉60kg、烷基咪唑啉季胺化衍生物40kg、杀菌剂为阳离子表面活性剂8kg，搅拌均匀即可。
所述烷基咪唑啉季胺化衍生物由下述方法制备：
(1)咪唑啉中间体合成
将原料三乙烯四胺、携水剂二甲苯置入带真空、底阀的不锈钢反应釜中，开启搅拌，加热至40℃，缓慢加入原料硬脂酸，逐渐升温至125℃，反应0.5h，直至生成水量不再增加，再逐渐升温至200℃，不再有水生成，反应终止；减压蒸馏出携水剂二甲苯，冷却至常温。
(2)季铵化：将所得咪唑啉中间体与氯化苄加入到带有搅拌器、温度计、冷凝管的反应釜中，在110℃左右保持6h，即得烷基咪唑啉季胺化衍生物。
所述物料投料质量比为硬脂酸﹕三乙烯四胺﹕二甲苯﹕氯化苄＝285﹕160﹕60﹕130
所述的阳离子表面活性剂用作环空保护液的杀菌剂。优选地，所述阳离子表面活性剂具体是十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)。
所得环空保护液的性能实验结果：
(1)对110SS金属试片进行测试，腐蚀速率0.0191mm/y；
(2)含H2S、CO2腐蚀实验：腐蚀速率0.047mm/y；
(3)常温放置溶液均匀，130℃高温放置168h后溶液均匀；
(4)常压下水溶液充分曝气，除氧率99％。
实施例3
本实施例所给高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，由下列原料制成：巯基咪唑啉80kg、烷基咪唑啉季胺化衍生物50kg、杀菌剂为阳离子表面活性剂10kg、碳酰肼20kg、甲酸钠400kg、水440kg。
其制备方法：在钢制反应釜中加入440kg水，搅拌，依次加入碳酰肼20kg、甲酸钠400kg，搅拌溶解，再依次加入巯基咪唑啉80kg、烷基咪唑啉季胺化衍生物50kg、杀菌剂为阳离子表面活性剂10kg，搅拌均匀即可。
所述烷基咪唑啉季胺化衍生物由下述方法制备：
(1)咪唑啉中间体合成
将原料三乙烯四胺、携水剂二甲苯置入带真空、底阀的不锈钢反应釜中，开启搅拌，加热至40℃，缓慢加入原料硬脂酸，逐渐升温至125℃，反应0.5h，直至生成水量不再增加，再逐渐升温至190℃，不再有水生成，反应终止；减压蒸馏出携水剂二甲苯，冷却至常温。
(2)季铵化：将所得咪唑啉中间体与氯化苄加入到带有搅拌器、温度计、冷凝管的反应釜中，在110℃左右保持5h，即得烷基咪唑啉季胺化衍生物。
所述物料投料质量比为硬脂酸﹕三乙烯四胺﹕二甲苯﹕氯化苄＝285﹕160﹕60﹕130
所述的阳离子表面活性剂用作环空保护液的杀菌剂。优选地，所述阳离子表面活性剂具体是十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)。
所得环空保护液的性能实验结果：
(1)对110SS金属试片进行测试，腐蚀速率0.0177mm/y
(2)含H2S、CO2腐蚀实验：腐蚀速率0.039mm/y；
(3)常温放置溶液均匀，130℃高温放置168h后溶液均匀；
(4)常压下水溶液充分曝气，除氧率100％。
实施例4
本实施例所给高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，由下列原料制成：巯基咪唑啉70kg、烷基咪唑啉季胺化衍生物35kg、杀菌剂为阳离子表面活性剂7kg、碳酰肼18kg、甲酸钠300kg、水570kg。
其制备方法：在钢制反应釜中加入570kg水，搅拌，依次加入碳酰肼18kg、甲酸钠300kg，搅拌溶解，再依次加入巯基咪唑啉70kg、烷基咪唑啉季胺化衍生物35kg、杀菌剂为阳离子表面活性剂7kg，搅拌均匀即可。
所述烷基咪唑啉季胺化衍生物由下述方法制备：
(1)咪唑啉中间体合成
将原料三乙烯四胺、携水剂二甲苯置入带真空、底阀的不锈钢反应釜中，开启搅拌，加热至40℃，缓慢加入原料硬脂酸，逐渐升温至125℃，反应0.5h，直至生成水量不再增加，再逐渐升温至180℃，不再有水生成，反应终止；减压蒸馏出携水剂二甲苯，冷却至常温。
(2)季铵化：将所得咪唑啉中间体与氯化苄加入到带有搅拌器、温度计、冷凝管的反应釜中，在110℃左右保持5h，即得烷基咪唑啉季胺化衍生物。
所述物料投料质量比为硬脂酸﹕三乙烯四胺﹕二甲苯﹕氯化苄＝285﹕160﹕60﹕130
所述的阳离子表面活性剂用作环空保护液的杀菌剂。优选地，所述阳离子表面活性剂具体是十二烷基二甲基苄基氯化铵(1227)。
所得环空保护液的性能实验结果：
(1)对110SS金属试片进行测试，腐蚀速率0.0183mm/y
(2)含H2S、CO2腐蚀实验：腐蚀速率0.045mm/y；
(3)常温放置溶液均匀，130℃高温放置168h后溶液均匀；
(4)常压下水溶液充分曝气，除氧率97％。
上面结合实施例对本发明做了进一步的叙述，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (8)

1.高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，由下述方法制备：向反应釜中加入溶剂，开启搅拌，依次加入碳酰肼、甲酸钠，溶解后，再依次加入巯基咪唑啉、烷基咪唑啉季胺化衍生物、阳离子表面活性剂，搅拌均匀即可；
以重量百分比计，所述各物料的投料量占比为：
2.根据权利要求1所述的高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，其特征在于，所述烷基咪唑啉季胺化衍生物由下述方法制备：
(1)咪唑啉中间体合成
将原料三乙烯四胺、携水剂二甲苯置入带真空、底阀的不锈钢反应釜中，开启搅拌，加热至38～43℃，缓慢加入原料硬脂酸，逐渐升温至125℃，反应0.5h，直至生成水量不再增加，再逐渐升温至180℃至200℃，不再有水生成，反应终止；减压蒸馏出携水剂二甲苯，冷却至常温；
(2)季铵化：将所得咪唑啉中间体与氯化苄加入到带有搅拌器、温度计、冷凝管的反应釜中，在110℃左右保持4h～6h，即得烷基咪唑啉季胺化衍生物；
所述物料的投料质量比为硬脂酸﹕三乙烯四胺﹕二甲苯﹕氯化苄＝285﹕160﹕60﹕130。
3.根据权利要求1所述的高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，其特征在于，所述阳离子表面活性剂为十二烷基二甲基苄基氯化铵。
4.根据权利要求1所述的高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，其特征在于，所述溶剂为水。
5.根据权利要求1至4任一项所述的高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，其特征在于，以重量百分比计，所述各物料的投料量占比为：
巯基咪唑啉6％
烷基咪唑啉季胺化衍生物4％
碳酰肼1.5％
阳离子表面活性剂0.8％
甲酸钠20％
水67.7％。
6.根据权利要求1至4任一项所述的高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，其特征在于，以重量百分比计，所述各物料的投料量占比为：
巯基咪唑啉5％
烷基咪唑啉季胺化衍生物3％
碳酰肼1％
阳离子表面活性剂0.5％
甲酸钠10％
水80.5％。
7.根据权利要求1至4任一项所述的高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，其特征在于，以重量百分比计，所述各物料的投料量占比为：
巯基咪唑啉8％
烷基咪唑啉季胺化衍生物5％
碳酰肼2％
阳离子表面活性剂1％
甲酸钠40％
水44％。
8.根据权利要求1至4任一项所述的高温高酸性气井用水溶性咪唑啉环空保护液，其特征在于，以重量百分比计，所述各物料的投料量占比为：
巯基咪唑啉7％
烷基咪唑啉季胺化衍生物3.5％
碳酰肼1.8％
阳离子表面活性剂0.7％
甲酸钠30％
水57％。
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