CN106245033B - 咪唑啉缓蚀剂及其应用、气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂及其制备与使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于油气田化学技术领域，公开一种气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂，包含主剂、若干种助剂和溶剂，由主剂、助剂和溶剂混合而成，主剂为咪唑啉缓蚀剂；助剂包括异丙醇、氨乙基酸、二甘醇胺、碘化钾；溶剂选用乙醇或甲醇；以重量百分比计，主剂、助剂和溶剂的含量为：咪唑啉缓蚀剂40～50％、异丙醇5～8％、氨乙基酸4～5％、二甘醇胺4～6％、碘化钾0.1～0.2％、溶剂30.8～46.9％。这种葵二酸基缓蚀剂属于油溶水分散型，稳定易溶、成膜致密，与其它化剂配伍性好，在金属表面具有较强的吸附性，用量少；可有效地抑制H2S、CO2、矿化度盐水对油套管的腐蚀，适用于油气开采、集输，具有较大的经济效益及社会效益。

Description

咪唑啉缓蚀剂及其应用、气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂及 其制备与使用方法
技术领域
本发明属于油气田化学技术领域，具体涉及一种气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂，以及该啉缓蚀剂的制备与使用方法，主要用于抑制气井气相、液相中H2S、CO2、盐水等对生产油管、套管的腐蚀。
背景技术
气田开发过程中常存在硫化氢(H2S)、二氧化碳(CO2)共同作用下的腐蚀。这两种酸性气体在湿气环境下对井下油套管等钢材有强烈的腐蚀作用，主要体现为电化学腐蚀、应力腐蚀开裂、氢鼓泡等。腐蚀类型有均匀腐蚀、局部腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀等，其中，电化学腐蚀是造成油套管破坏的重要原因。
随着气田开发，产水气井及产水量逐年增加，严重的腐蚀问题逐步显露出来。气井开采过程中，井底温度很高，水以蒸汽状态存在，在气井底一般不产生腐蚀，但天然气从井底往井口的流动过程中，温度逐渐降低，当温度降至水的露点后，水从天然气中凝析出，聚集在油管内表面，凝析水中溶解有H2S、CO2及多种离子，因此，气井的腐蚀往往发生在气井的上部管柱。有研究表明，气井管柱的严重腐蚀段一般从井口至1200m，穿孔多集中在200～1000m。这是由于地层热天然气沿管涌出，到达距井口约1000～200m时所含的油水气逐渐达到各自的露点并在管壁上凝结成液滴。同时有资料表明，气井产量越高，腐蚀段越浅，腐蚀越严重。这可能是因为随着井深的减小、温度的降低，H2S、CO2的溶解度和凝析水中H2S、CO2总含量的快速增加，在井口附近达到最高，故油管柱腐蚀段在上部最为严重。在气井里，随着冷凝水量的增加，液态水会顺着井斜倾向于一边流动，所以腐蚀介质一方面会溶于底部的流动水中对管线的底部进行腐蚀，另一方面，气体中的腐蚀介质也会溶于管线壁的液体薄膜里对管线其余部位进行腐蚀，产生气液双相腐蚀。
针对气井腐蚀，目前已经开发了不少功效较好的液相缓蚀剂。对于管线底部的液相腐蚀，加入效果较好的液相缓蚀剂，便可取得好的效果；但对于气相，传统的单一的液相缓蚀剂很难达到防腐的目的，难以抑制油气管的顶部腐蚀，而单独的气相缓蚀剂也难以抑制油气管底部液相腐蚀。这种情况同样出现在集气管线中，严重制约了我国石油天然气行业的发展，这就使得气/液两相缓蚀剂的开发尤为重要。
经过调研发现，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。复配可气化的氨基酸烷基脂、胺类等化合物可抑制生产油管、套管的气相、液相腐蚀。
发明内容
针对单一使用气相或液相缓蚀剂难以抑制油气管的腐蚀，本发明提供一种气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂，用于抑制气井中H2S、CO2等对钢制油管、套管产生的气液双相腐蚀，从而保护生产油管、套管免受腐蚀，延长了油气井生产寿命。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
第一层面，本发明给出一种咪唑啉缓蚀剂，由下述方法制备：
将原料三乙烯四胺、携水剂置入带真空、底阀的不锈钢反应釜中，开启搅拌，加热至35～45℃，缓慢加入原料葵二酸，逐渐升温至120℃，反应0.5h，直至生成水量不再增加，再逐渐升温至150℃，随着生成水量的增加，反应温度升高至200℃，不再有水生成，反应终止；减压蒸馏出携水剂，冷却至常温。
优选地，制备咪唑啉缓蚀剂，所述携水剂选用二甲苯。
优选地，制备咪唑啉缓蚀剂，所述葵二酸、三乙烯四胺、携水剂的投料比为202:155:60。
还有，本发明给出这种咪唑啉缓蚀剂的应用，即所述的咪唑啉缓蚀剂用于制备气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂。
第二层面，本发明给出一种气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂，包含主剂、若干种助剂和溶剂，由主剂、助剂和溶剂混合而成。所述主剂为所述的咪唑啉缓蚀剂；所述助剂包括异丙醇、氨乙基酸、二甘醇胺、碘化钾；所述溶剂选用乙醇或甲醇。
以重量百分比计，所述主剂、助剂和溶剂的含量为：咪唑啉缓蚀剂40～50％、异丙醇5～8％、氨乙基酸4～5％、二甘醇胺4～6％、碘化钾0.1～0.2％、溶剂30.8～46.9％。
还有，气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂的制备方法，包括下述步骤：
步骤1，咪唑啉缓蚀剂的制备
将原料三乙烯四胺、携水剂置入带真空、底阀的不锈钢反应釜中，开启搅拌，加热至35～45℃，缓慢加入原料葵二酸，逐渐升温至120℃，反应0.5h，直至生成水量不再增加，再逐渐升温至150℃，随着生成水量的增加，反应温度升高至200℃，不再有水生成，反应终止；减压蒸馏出携水剂，冷却至常温。
步骤2，助剂和溶剂的添加混合
向制备好的咪唑啉缓蚀剂中加入溶剂乙醇或甲醇、再加入助剂异丙醇、氨乙基酸、二甘醇胺、碘化钾，搅拌均匀即制得所述气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂。
还有，气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂的使用方法，包括下述步骤：
步骤1，依据现场采出液量、采出液成分、H2S浓度及CO2分压，确定气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂的使用浓度。
步骤2，将气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂稀释后，注入气井中。
优选地，在所述使用方法中，气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂的使用浓度为100～200mg/L。
特别地，首次使用气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂时须预膜，预膜浓度为使用浓度的3～5倍。
优选地，在所述使用方法中，所述气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂，以重量百分比计，各组分的含量为：咪唑啉缓蚀剂45％、异丙醇6.5％、氨乙基酸4.5％、二甘醇胺5％、碘化钾0.15％、溶剂38.85％；所述溶剂选用乙醇或甲醇；所述气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂的使用浓度为150mg/L。
本发明所述气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂，至少具有下述的有益效果或优点：
所述气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂以咪唑啉缓蚀剂为助剂，用溶剂溶解助剂后，再加入助剂异丙醇、氨乙基酸、二甘醇胺、碘化钾，搅拌均匀即可制得。本发明提供的葵二酸基缓蚀剂属于油溶水分散型，稳定易溶、成膜致密，与其它化剂配伍性好，在金属表面具有较强的吸附性。向采出液中加入100～200mg/L即可有效抑制金属腐蚀。
本发明所述葵二酸基缓蚀剂使用量少且抑制腐蚀效果好。针对某气田腐蚀状况，经室内腐蚀评价：CO2分压为1.0MPa，H2S 50mg/L、模拟盐水、温度70℃±1℃时，添加100mg/L、150mg/L、200mg/L时，气相缓蚀率高于70％、液相缓蚀率高于80％。
本发明所述气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂主要用于石油、天然气开采行业。随着长庆等含H2S、CO2的气田开发深入，油套管腐蚀加剧、不容忽视；所开发的气井用气液双相葵二酸基缓蚀剂可以有效地抑制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
咪唑啉缓蚀剂的制备，本实施例给一种咪唑啉缓蚀剂的制备方法，在携水剂的辅助下，原料三乙烯四胺、葵二酸在特定条件下进行方法。优选地，葵二酸、三乙烯四胺、携水剂的投料比为202:155:60。
具体的制备工艺：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35～45℃(搅拌机功率不小于5KW)，最佳温度40℃)，缓慢加入原料葵二酸，逐渐升温至120℃，反应0.5h，直至生成水量不再增加，再逐渐升温至150℃，随着生成水量的增加，反应温度升高至200℃，不再有水生成，反应终止；减压蒸馏出携水剂，冷却至常温。
本实施例制备的咪唑啉缓蚀剂，可用于制备气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂。
实施例2
本实施例提供一种气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂，包含主剂、若干种助剂和溶剂，由主剂、助剂和溶剂混合而成。
所述主剂即为实施例1制备的咪唑啉缓蚀剂；而助剂包括异丙醇、氨乙基酸、二甘醇胺、碘化钾；所述溶剂选用乙醇或甲醇。
以重量百分比计，所述主剂、助剂和溶剂的含量为：咪唑啉缓蚀剂40～50％、异丙醇5～8％、氨乙基酸4～5％、二甘醇胺4～6％、碘化钾0.1～0.2％、溶剂30.8～46.9％。
此外，本实施例给出这种气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂的制备方法，包括下述步骤：
步骤1，咪唑啉缓蚀剂的制备，本步骤参照实施例1
将原料三乙烯四胺、携水剂置入带真空、底阀的不锈钢反应釜中，开启搅拌，加热至35～45℃，缓慢加入原料葵二酸，逐渐升温至120℃，反应0.5h，直至生成水量不再增加，再逐渐升温至150℃，随着生成水量的增加，反应温度升高至200℃，不再有水生成，反应终止；减压蒸馏出携水剂，冷却至常温。
步骤2，助剂和溶剂的添加混合
向制备好的咪唑啉缓蚀剂中加入溶剂乙醇或甲醇、再加入助剂异丙醇、氨乙基酸、二甘醇胺、碘化钾，搅拌均匀即制得所述气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂。
本实施例还对气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂的使用方法进行了说明，具体包括下述步骤：
步骤1，依据现场采出液量、采出液成分、H2S浓度及CO2分压，确定气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂的使用浓度。优选地，气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂的使用浓度为100～200mg/L。
需要说明的是，在首次使用这种气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂时，首先进行预膜处理，使之在金属表面形成均匀的保护膜(约76μm)，随后转入正常加注，以维护缓蚀剂膜的完整性。优选地，预膜浓度为使用浓度的3～5倍。
步骤2，将气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂稀释后，注入气井中。
实施例3
为验证本发明提供的气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂抑制气井H2S、CO2腐蚀的效果，参照石油天然气行业标准SY/T 5273-2014《油田采出水处理用缓蚀剂性能指标及评价方法》，采用室内静态失重法评价缓蚀剂的缓蚀性能。
实验用腐蚀介质为Q/SY 126-2014模拟水：50gNaCl、2.0gMgCl2·6H2O、6.0gNaSO4，4g无水CaCl2，0.4g NaHCO3。实验材质为钢制试片(型号：N80；规格：50mm×10mm×3mm)。
配方1：
以重量百分比计，所述气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂各组分的含量为：咪唑啉缓蚀剂400kg，助剂异丙醇50kg，助剂氨乙基酸40kg，助剂二甘醇胺40kg，助剂碘化钾1kg，溶剂甲醇469kg。
向咪唑啉缓蚀剂中加入溶剂甲醇、再加入助剂异丙醇、氨乙基酸、二甘醇胺、碘化钾，搅拌均匀即制得配方1所述气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂。配方1缓蚀剂的性能评价结果见表1。
表1配方1缓蚀剂的缓蚀性能
配方2：
以重量百分比计，所述气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂各组分的含量为：咪唑啉缓蚀剂450kg，助剂异丙醇65kg，助剂氨乙基酸45kg，助剂二甘醇胺50kg，助剂碘化钾1.5kg，溶剂乙醇388.5kg。
向咪唑啉缓蚀剂中加入溶剂乙醇、再加入助剂异丙醇、氨乙基酸、二甘醇胺、碘化钾，搅拌均匀即制得配方2所述气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂。配方2缓蚀剂的性能评价结果见表2。
表2配方2缓蚀剂的缓蚀性能
配方3：
以重量百分比计，所述气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂各组分的含量为：咪唑啉缓蚀剂500kg，助剂异丙醇80kg，助剂氨乙基酸50kg，助剂二甘醇胺60kg，助剂碘化钾2kg，溶剂甲醇308kg。
向咪唑啉缓蚀剂中加入溶剂甲醇、再加入助剂异丙醇、氨乙基酸、二甘醇胺、碘化钾，搅拌均匀即制得配方3所述气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂。配方3缓蚀剂的性能评价结果见表3。
表3配方3缓蚀剂的缓蚀性能
通过对比表1至表3的数据可知，在不同配方比例、不同的缓蚀剂投加浓度时，三种缓蚀剂均表现出良好的缓蚀性能，在上述三个不同的缓蚀剂配方中，在缓蚀剂加量为100mg/L、150mg/L、200mg/L时，气相缓蚀率高于70％，液相缓蚀率高于80％。此外，综合缓蚀剂成本、缓蚀剂效果等因素，配方2缓蚀剂选定为最优配方。
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 (4)

1.气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂，包含主剂、若干种助剂和溶剂，由主剂、助剂和溶剂混合而成，其特征在于，所述主剂为咪唑啉缓蚀剂；所述助剂包括异丙醇、氨乙基酸、二甘醇胺、碘化钾；所述溶剂选用乙醇或甲醇；
以重量百分比计，所述主剂、助剂和溶剂的含量为：咪唑啉缓蚀剂40～50％、异丙醇5～8％、氨乙基酸4～5％、二甘醇胺4～6％、碘化钾0.1～0.2％、溶剂30.8～46.9％；
所述缓蚀剂为油溶水分散型缓蚀剂，其制备方法为：包括下述步骤：
步骤1，咪唑啉缓蚀剂的制备
将原料三乙烯四胺、携水剂置入带真空、底阀的不锈钢反应釜中，开启搅拌，加热至35～45℃，缓慢加入原料葵二酸，逐渐升温至120℃，反应0.5h，直至生成水量不再增加，再逐渐升温至150℃，随着生成水量的增加，反应温度升高至200℃，不再有水生成，反应终止；减压蒸馏出携水剂，冷却至常温；
步骤2，助剂和溶剂的添加混合
向制备好的咪唑啉缓蚀剂中加入溶剂乙醇或甲醇、再加入助剂异丙醇、氨乙基酸、二甘醇胺、碘化钾，搅拌均匀即制得所述气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂；
所述携水剂选用二甲苯；
所述葵二酸、三乙烯四胺、携水剂的投料比为202:155:60。
2.气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂的使用方法，其特征在于，包括下述步骤：
步骤1，依据现场采出液量、采出液成分、H2S浓度及CO2分压，确定气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂的使用浓度为100～200mg/L，气相缓蚀率高于70％、液相缓蚀率高于80％；
步骤2，将气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂稀释后，注入气井中。
3.根据权利要求2所述使用方法，其特征在于，首次使用气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂时须预膜，预膜浓度为使用浓度的3～5倍。
4.根据权利要求2所述使用方法，其特征在于，所述气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂，以重量百分比计，各组分的含量为：咪唑啉缓蚀剂45％、异丙醇6.5％、氨乙基酸4.5％、二甘醇胺5％、碘化钾0.15％、溶剂38.85％；
所述溶剂选用乙醇或甲醇；所述气液双相葵二酸基咪唑啉缓蚀剂的使用浓度为150mg/L。
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