CN107794531A - 一种油气井用二氧化碳缓蚀剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油气井用二氧化碳缓蚀剂及其制备方法和应用，属于油气井防腐领域。该缓蚀剂包括以下重量份的组分：30‑60重量份的硫脲基酰胺、20‑40重量份的异丙醇、5‑25重量份的表面活性剂和10‑30重量份的水。其中，硫脲基酰胺的化学结构式如下所示：其中，n＝2、3或4，R₁为C11‑C17的烷基。该缓蚀剂组成简单，成本低廉，能够有效降低CO₂对油气井的防腐速率，其适用温度为20℃‑120℃，稳定性强。

Description

一种油气井用二氧化碳缓蚀剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及油气井防腐领域，特别涉及一种油气井用二氧化碳缓蚀剂及其制备方法。

背景技术

二氧化碳(CO₂)常常作为天然气或油田伴生气的组分之一存在于油气中，此外，采用CO₂的EOR(enhanced oil recovery，强化采油)原油增产技术，也会将CO₂带入原油的输送系统，因此，油气工业中广泛存在CO₂，CO₂溶入水后对钢铁有极强的腐蚀性，并且在相同的pH值下，由于CO₂的总酸度比盐酸高，因此它对钢铁的腐蚀比盐酸还严重，特别的是，其对低碳钢的腐蚀速率会高达7mm/a，该腐蚀可能使油气井的寿命大大低于设计寿命。所以，提供一种防止CO₂腐蚀的油气井用二氧化碳缓蚀剂十分必要。

现有技术提供了一种控制二氧化碳腐蚀的缓蚀剂，其中，该缓蚀剂以其总重量为基准含有：油酸咪唑啉1-70重量％；硫脲0.01-30重量％；水0-60重量％；聚氧乙烯醚0-30重量％；异丙醇0-40重量％。该缓蚀剂具有良好的控制二氧化碳腐蚀的效果。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术提供的缓蚀剂在制备过程中为了生成油酸咪唑啉需要采用大量的甲苯作为携水剂，其能耗较高，并且该现有技术提供的缓蚀剂易分解，影响其缓释效果。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供了一种稳定性好，制备过程节能环保，并且对于CO₂具有良好缓释效果的油气井用二氧化碳缓蚀剂及其制备方法和应用。具体技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种油气井用二氧化碳缓蚀剂，所述缓蚀剂包括以下重量份的组分：30-60重量份的硫脲基酰胺、20-40重量份的异丙醇、5-25重量份的表面活性剂和10-30重量份的水；

所述硫脲基酰胺的化学结构式如下所示：

其中，n＝2、3或4，R₁为C11-C17的烷基。

具体地，作为优选，所述R₁为C11-C17的直链烷基。

作为优选，所述R₁为月桂酸基、油酸基、饱和硬脂酸基或者肉豆蔻基。

作为优选，所述表面活性剂选自OP-10和/或平平加O25。

作为优选，所述缓蚀剂包括以下重量份的组分：50重量份的硫脲基酰胺、25重量份的异丙醇、15重量份的表面活性剂和10重量份的水。

第二方面，本发明实施例提供了一种油气井用二氧化碳缓蚀剂的制备方法，所述方法包括：步骤a、将摩尔比为1:1:1的脂肪酸、多乙烯多胺和硫脲置于反应器中，并在搅拌状态下以预定的温度回流反应预定的时间，得到硫脲基酰胺；

步骤b、根据缓蚀剂中各组分的重量份，将所述硫脲基酰胺、异丙醇、表面活性剂和水混合均匀，得到缓蚀剂；

其中，所述脂肪酸的化学结构式如下所示：

其中，R₁为C11-C17的烷基；

所述多乙烯多胺的化学结构式如下所示：

其中，n＝2、3或4。

具体地，作为优选，所述脂肪酸为月桂酸、油酸、饱和硬脂酸或者肉豆蔻酸。

具体地，作为优选，所述预定的温度为120℃-160℃。

具体地，作为优选，所述预定的时间为4-8小时。

第三方面，本发明实施例提供了上述油气井用二氧化碳缓蚀剂在20℃-120℃的温度下进行二氧化碳缓蚀作业中的应用。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的油气井用二氧化碳缓蚀剂，其组成简单，成本低廉，在上述各组分的协同配比作用下，其能够有效降低CO₂对油气井的防腐速率，并且其适用温度为20℃-120℃，适应性强，不论是在储存过程或者是加入到其他介质中时不会分解，具有良好的稳定性。

具体实施方式

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。

第一方面，本发明实施例提供了一种油气井用二氧化碳缓蚀剂，该缓蚀剂包括以下重量份的组分：30-60重量份的硫脲基酰胺、20-40重量份的异丙醇、5-25重量份的表面活性剂和10-30重量份的水。其中，硫脲基酰胺的化学结构式如下所示：

其中，n＝2、3或4，R₁为C11-C17的烷基。

本发明实施例提供的油气井用二氧化碳缓蚀剂，其组成简单，成本低廉，在上述各组分的协同配比作用下，其能够有效降低CO₂对油气井的防腐速率，并且其适用温度为20℃-120℃，适应性强，不论是在储存过程或者是加入到其他介质中时不会分解，具有良好的稳定性。

本发明实施例使用上述结构的硫脲基酰胺，其在该缓蚀剂中主要起到吸附在金属表面，隔离腐蚀介质与金属直接接触的作用。为了优化上述效果，R₁为C11-C17的直链烷基，具体地，R₁可以为C11、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17的直链烷基，通过使用上述的R₁，其能够使该缓蚀剂的疏水性更强，使得该缓蚀剂能在金属表面形成一层疏水性保护膜,阻碍与腐蚀反应有关的电荷或物质的转移,有效降低腐蚀速度。其中，上述直链烷基可以为饱和的，也可以为不饱和。进一步作为优选，该R₁为月桂酸基、油酸基、饱和硬脂酸基、或者肉豆蔻基。作为优选，上述的表面活性剂选自OP-10和/或平平加O25。上述表面活性剂能够有效增强缓蚀剂的水溶性。其中，OP-10、平平加O25均为本领域常见的，并且市售的表面活性剂，本领域技术人员通过市购即可得到它们。具体地，OP-10多称为乳化剂OP-10，其活性成分主要是烷基酚聚氧乙烯醚，具有优良的匀染、乳化、润湿、扩散和抗静电性。平平加O25，又称匀染剂X-102，其活性成分是脂肪醇与环氧乙烷缩合物，其利于去除油污，能够使该缓蚀剂充分浸润在油气井中提高缓释效果。

异丙醇在本发明实施例提供的缓蚀剂中的作用是分散作用，提高该缓蚀剂的均质度。基于上述，本发明实施例还提供了一种具有优选配比的缓蚀剂，该缓蚀剂包括以下重量份的组分：50重量份的硫脲基酰胺、25重量份的异丙醇、15重量份的表面活性剂和10重量份的水。进一步地作为优选，该硫脲基酰胺中的R₁为月桂酸基、油酸基或者饱和硬脂酸基，同时该表面活性剂使用OP-10。

第二方面，本发明实施例提供了该缓蚀剂的制备方法，该方法包括以下步骤：步骤101、将摩尔比为1:1:1的脂肪酸、多乙烯多胺和硫脲置于反应器中，并在搅拌状态下以预定的温度回流反应预定的时间，得到硫脲基酰胺。其中，脂肪酸的化学结构式如下所示：

其中，R₁为C11-C17的烷基；

多乙烯多胺的化学结构式如下所示：

其中，n＝2、3或4。

步骤102、根据缓蚀剂中各组分的重量份，将硫脲基酰胺、异丙醇、表面活性剂和水混合均匀，得到缓蚀剂。

可见，本发明实施例提供的方法简单，反应可控，并且不需使用带水剂，更加节能环保，便于规模化推广应用。

具体地，通过步骤101通过将摩尔比为1:1:1的脂肪酸、多乙烯多胺和硫脲置于反应器中，并在搅拌状态下以预定的温度回流反应预定的时间，制备得到上述结构的硫脲基酰胺。作为优选，为了获得期望结构的硫脲基酰胺，该脂肪酸为月桂酸、油酸、饱和硬脂酸或者肉豆蔻酸，而该多乙烯多胺优选使用二乙烯三胺(即n＝2)、三乙烯四胺(即n＝3)或四乙烯五胺(即n＝4)。

进一步地，上述反应在搅拌状态下以预定的温度回流反应预定的时间，不仅保证反应充分完全，并且防止反应原料损失，从而获得理想的硫脲基酰胺。其中，该反应过程边搅拌边回流进行。作为优选，该预定的温度为120℃-160℃，例如120℃、130℃、140℃、150℃、160℃等，在该温度下不仅能保证反应充分稳定地进行，并且能够获得期望结构的硫脲基酰胺。该预定的时间为4-8小时，例如4小时、5小时、6小时、7小时、8小时等，在该时间下即能够使反应完全，并且不会产生副产物。

第三方面，本发明实施例提供了上述缓蚀剂在20℃-120℃的温度下进行二氧化碳缓蚀作业中的应用。可见，本发明实施例提供的缓蚀剂的适用温度范围为20℃-120℃，对于高温油气井的二氧化碳防腐具有重要的意义。具体地，该缓蚀剂还适用于含0.1MPa至6MPa二氧化碳分压的油田采出流体。在应用过程中，通过将该缓蚀剂直接加入到油田采出流体中，或者，直接泵注到油水井内即可，并且，该缓蚀剂的使用浓度为20-100ppm。

以下将通过具体实施例进一步地描述本发明。

在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用原料未注明生产厂商及规格者均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

本发明实施例一种油气井用二氧化碳缓蚀剂，该缓蚀剂通过如下方法制备得到：

步骤(1)、将摩尔比为1:1:1的月桂酸、二乙烯三胺和硫脲置于装有搅拌和冷凝回流装置的三口烧瓶中，并在搅拌状态下以120℃的温度回流反应4小时，得到硫脲基酰胺。该硫脲基酰胺的化学结构式如下所示：

步骤(2)、将50重量份的上述硫脲基酰胺、25重量份的异丙醇、15重量份的OP-10和10重量份的水混合均匀，得到本实施例期望的缓蚀剂。将该缓蚀剂保存在储罐中，储存期达6个月时未发现变质。

根据SY/T 5273-2000规定的油田采出水用缓蚀剂性能评价方法来分别对本实施例提供的缓蚀剂以及市售的油酸基咪唑啉缓蚀剂的缓释性能进行评价，评价结果如表1所示：

表1

由表1可知，本实施例提供的缓蚀剂相对于市售的油酸基咪唑啉具有更优的缓释效果。

实施例2

本发明实施例一种油气井用二氧化碳缓蚀剂，该缓蚀剂通过如下方法制备得到：

步骤(1)、将摩尔比为1:1:1的油酸、三乙烯四胺和硫脲置于装有搅拌和冷凝回流装置的三口烧瓶中，并在搅拌状态下以140℃的温度回流反应8小时，得到硫脲基酰胺。该硫脲基酰胺的化学结构式如下所示：

步骤(2)、将30重量份的上述硫脲基酰胺、35重量份的异丙醇、5重量份的平平加O25和20重量份的水混合均匀，得到本实施例期望的缓蚀剂。将该缓蚀剂保存在储罐中，储存期达6个月时未发现变质。

根据SY/T 5273-2000规定的油田采出水用缓蚀剂性能评价方法来分别对本实施例提供的缓蚀剂以及市售的油酸基咪唑啉缓蚀剂的缓释性能进行评价，评价结果如表2所示：

表2

由表2可知，本实施例提供的缓蚀剂相对于市售的油酸基咪唑啉具有更优的缓释效果。

实施例3

本发明实施例一种油气井用二氧化碳缓蚀剂，该缓蚀剂通过如下方法制备得到：

步骤(1)、将摩尔比为1:1:1的月桂酸、四乙烯五胺和硫脲置于装有搅拌和冷凝回流装置的三口烧瓶中，并在搅拌状态下以150℃的温度回流反应7小时，得到硫脲基酰胺。该硫脲基酰胺的化学结构式如下所示：

步骤(2)、将60重量份的上述硫脲基酰胺、40重量份的异丙醇、20重量份的OP-10和30重量份的水混合均匀，得到本实施例期望的缓蚀剂。将该缓蚀剂保存在储罐中，储存期达6个月时未发现变质。

根据SY/T 5273-2000规定的油田采出水用缓蚀剂性能评价方法来分别对本实施例提供的缓蚀剂以及市售的油酸基咪唑啉缓蚀剂的缓释性能进行评价，评价结果如表3所示：

表3

由表3可知，本实施例提供的缓蚀剂相对于市售的油酸基咪唑啉具有更优的缓释效果。

实施例4

本发明实施例一种油气井用二氧化碳缓蚀剂，该缓蚀剂通过如下方法制备得到：

步骤(1)、将摩尔比为1:1:1的硬脂酸、二乙烯三胺和硫脲置于装有搅拌和冷凝回流装置的三口烧瓶中，并在搅拌状态下以160℃的温度回流反应6小时，得到硫脲基酰胺。该硫脲基酰胺的化学结构式如下所示：

步骤(2)、将40重量份的上述硫脲基酰胺、20重量份的异丙醇、25重量份的OP-10和25重量份的水混合均匀，得到本实施例期望的缓蚀剂。将该缓蚀剂保存在储罐中，储存期达6个月时未发现变质。

根据SY/T 5273-2000规定的油田采出水用缓蚀剂性能评价方法来分别对本实施例提供的缓蚀剂以及市售的油酸基咪唑啉缓蚀剂的缓释性能进行评价，评价结果如表4所示：

表4

由表4可知，本实施例提供的缓蚀剂相对于市售的油酸基咪唑啉具有更优的缓释效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种油气井用二氧化碳缓蚀剂，其特征在于，所述缓蚀剂包括以下重量份的组分：30-60重量份的硫脲基酰胺、20-40重量份的异丙醇、5-25重量份的表面活性剂和10-30重量份的水；

所述硫脲基酰胺的化学结构式如下所示：

其中，n＝2、3或4，R₁为C11-C17的烷基。

2.根据权利要求1所述的油气井用二氧化碳缓蚀剂，其特征在于，所述R₁为C11-C17的直链烷基。

3.根据权利要求1所述的油气井用二氧化碳缓蚀剂，其特征在于，所述R₁为月桂酸基、油酸基、饱和硬脂酸基、或者肉豆蔻基。

4.根据权利要求1所述的油气井用二氧化碳缓蚀剂，其特征在于，所述表面活性剂选自OP-10和/或平平加O25。

5.根据权利要求1-4任一项所述的油气井用二氧化碳缓蚀剂，其特征在于，所述油气井用二氧化碳缓蚀剂包括以下重量份的组分：50重量份的硫脲基酰胺、25重量份的异丙醇、15重量份的表面活性剂和10重量份的水。

6.权利要求1所述的油气井用二氧化碳缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：步骤a、将摩尔比为1:1:1的脂肪酸、多乙烯多胺和硫脲置于反应器中，并在搅拌状态下以预定的温度回流反应预定的时间，得到硫脲基酰胺；

步骤b、根据缓蚀剂中各组分的重量份，将所述硫脲基酰胺、异丙醇、表面活性剂和水混合均匀，得到缓蚀剂；

其中，所述脂肪酸的化学结构式如下所示：

其中，R₁为C11-C17的烷基；

所述多乙烯多胺的化学结构式如下所示：

其中，n＝2、3或4。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述脂肪酸为月桂酸、油酸、饱和硬脂酸或者肉豆蔻酸。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预定的温度为120℃-160℃。

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预定的时间为4-8小时。

10.权利要求1-5任一项所述的油气井用二氧化碳缓蚀剂在20℃-120℃的温度下进行二氧化碳缓蚀作业中的应用。