CN110105226A - 一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法及其应用,包括:(1)将仲胺反应物溶于有机溶剂中,缓慢滴加环氧氯丙烷,升温至40‑60℃搅拌反应10‑12h,然后调节PH至3‑5,再加入一定比例的环氧氯丙烷,继续反应12‑14h,反应结束后减压蒸馏、洗涤获得中间体产物;(2)将中间体产物溶于有机溶剂,将叔胺反应物以一定比例加入其中,并升温至80‑100℃反应10‑14h,冷却至室温后,过滤、萃取、减压蒸馏。所述仲胺反应物为二烯丙基胺、二异丙醇胺、二苄胺、二异辛胺或二环己胺。所述叔胺反应物为4‑羟基喹啉、喹啉、N,N‑二甲基苄胺、芥酸酰胺丙基二甲基叔胺或N,N‑二甲基十八烷基叔胺。本发明反应过程简单,收率较高,制备的缓蚀剂对油气井碳钢的酸腐蚀有明显的抑制作用。

Description

一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及缓蚀剂材料技术领域,具体涉及一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法及其应用。
背景技术
我国石油工业原油和天然气产量逐年大幅度上升,生产发展很快,如采用大酸量高浓度盐酸溶液对灰岩油气田进行压裂酸化,油井稳产增产效果十分显著。在油田酸化地层施工工艺中,使用高浓度酸液如15-28%盐酸施工,酸的注入可能造成油气井管材和井下金属设备的表面坑蚀、氢脆和失重腐蚀,有时还可能导致井下管材突发性破裂事故,造成严重经济损失,由于井下温度高,减少设备的腐蚀和由此而引起的地层伤害是酸化技术特别是深井酸化的关键。酸化缓蚀剂的加入,可以使油管的腐蚀速度大大降低,因此研究用缓蚀剂来防止酸液对生产和运输过程中设备的腐蚀具有重要意义。
目前大部分市售缓蚀剂存在高温下易结焦、分层、溶解分散性能不稳定、制备复杂等缺点。中国专利“一种复合型咪唑啉季铵盐缓蚀剂及其制备方法”(CN104233310A)提供的缓蚀剂体系需要加入表面活性剂、助溶剂、有机膦酸盐、分散剂等,配方复杂。“一种油井酸化缓蚀剂及其制备和应用”(CN103589413A)提供的酸化缓蚀剂组成含有丙炔醇类物质,剧毒,易燃,危险性极大。“一种水溶性咪唑啉季铵盐缓蚀剂的合成方法”(CN103554027A),制备工艺较为复杂,且反应温度高达200多度。因此,研制一种配方简单、合成条件温和且能满足目前油气井酸化施工苛刻要求的新型耐高温盐酸酸化缓蚀剂成为当务之急。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法,该制备方法原理可靠,简便可行,反应原料绿色环保,反应过程简单,收率较高,制备的缓蚀剂性能优异,具有广阔的市场应用前景。
本发明的另一目的在于提供通过上述方法制备的多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂用于油气井酸化缓蚀,由于具有多个阳离子季铵盐结构,该缓蚀剂在盐酸水溶液中具有非常好的溶解性,由于刚性基团的引入,确保了该缓蚀剂具有优良的缓蚀性能,对油气井碳钢的酸腐蚀有明显的抑制作用。
为达到以上技术目的,本发明采用以下技术方案。
一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法,依次包括以下步骤:
(1)将仲胺反应物溶于有机溶剂中,缓慢滴加环氧氯丙烷,升温至40-60℃搅拌反应10-12h,然后加入盐酸调节PH至3-5,再加入一定比例的环氧氯丙烷,继续反应12-14h,反应结束后减压蒸馏、洗涤获得中间体产物,其结构式如下:
(2)将中间体产物溶于有机溶剂,将叔胺反应物以一定比例加入其中,并升温至80-100℃反应10-14h,冷却至室温后,过滤、萃取、减压蒸馏制得多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂,其结构式如下:
进一步地,所述仲胺反应物为二烯丙基胺、二异丙醇胺、二苄胺、二异辛胺或二环己胺。
进一步地,首次加入的环氧氯丙烷与仲胺反应物的摩尔比为1:1-1.2:1。
进一步地,二次加入的环氧氯丙烷与仲胺反应物的摩尔比为1:1-1.4:1。
进一步地,环氧氯丙烷的滴加速度为6-11mL/min。
进一步地,所述有机溶剂为丙酮、甲醇、乙醇或乙腈。
进一步地,叔胺反应物与中间体产物的摩尔比为1:1-1.2:1。
进一步地,所述叔胺反应物为4-羟基喹啉、喹啉、N,N-二甲基苄胺、芥酸酰胺丙基二甲基叔胺或N,N-二甲基十八烷基叔胺。
本发明制备方法简单,只需两步反应即可,所用的原料环氧氯丙烷氯原子以及多阳离子上的氮原子具有较高的活性,利用环氧氯丙烷在酸性和碱性或者中性条件下的开环差异,设计合成阳离子产物。在上述反应条件下,环氧氯丙烷首先在中性或者碱性条件下开环与二烯丙基胺、二异丙醇胺、二苄胺、二异辛胺或二环己胺反应一段时间,然后继续加入一定量的环氧氯丙烷,在酸性条件下开环反应得到中间体产物。随后中间体产物上的氯原子与叔胺季胺化反应得到多阳离子季铵盐缓蚀剂。
本发明制得的缓蚀剂分子刚性强度较大,一方面,分子结构包含苯环、双键,极易吸附在钢铁表面形成吸附膜,另一方面,分子中的氮、氧原子具有孤对电子,能与铁原子上的空轨道形成杂化轨道,二者形成较强的吸附性,从而使得金属基体与腐蚀媒介分离而起到保护金属的作用。
此外,由于该缓蚀剂分子包含多个阳离子和亲水基团羟基,使得缓蚀剂在酸液中的水溶性和分散性非常好,解决了现有有机缓蚀剂在高温下易胶结分层的问题。该缓蚀剂反应原料无毒、绿色环保,以芥酸酰胺丙基二甲基叔胺为例,其是从植物油菜中提取的一种有机物,来源广泛,成本低。通过实验测试该缓蚀剂在高温下具有良好的缓蚀性能,使用该缓蚀剂作为油气井酸化缓蚀剂时,对油气井碳钢的酸腐蚀有明显的抑制作用。
具体实施方式
实施例1
一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将9.7g二烯丙基胺加入到250mL三颈烧瓶中,同时加入80mL无水乙醇作为溶剂并搅拌均匀;
(2)称取9.3g环氧氯丙烷溶于30mL无水乙醇中搅拌均匀,缓慢滴加于二烯丙基胺溶液中,升温至50℃搅拌反应10h;
(3)加入盐酸调节PH至3,再加入9.7g的环氧氯丙烷,继续反应13h,反应结束后减压蒸馏、洗涤获得中间体产物;
(4)称取2.77g中间体加入到250mL三颈烧瓶中,同时加入90mL无水乙醇作为溶剂并搅拌均匀,称取2.8gN,N-二甲基苄胺溶于30mL无水乙醇中搅拌均匀,缓慢滴加于中间体溶液中再升温至80℃回流反应14h,反应结束后冷却至室温,过滤、萃取、减压蒸馏制得多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂。
具体反应方程式如下:
实施例2
一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将19.7g二苄胺加入到250mL三颈烧瓶中,加入80mL丙酮作为溶剂并搅拌均匀;
(2)称取9.3g环氧氯丙烷溶于30mL丙酮中搅拌均匀,缓慢滴加于二苄胺溶液中,升温至45℃搅拌反应11h;
(3)加入盐酸调节PH至4,再加入9.8g的环氧氯丙烷,继续反应12h,反应结束后减压蒸馏、洗涤获得中间体产物;
(4)称取3.8g中间体加入到250mL三颈烧瓶中,同时加入90mL乙腈作为溶剂并搅拌均匀,称取8.5g芥酸酰胺丙基二甲基叔胺溶于30mL乙腈中搅拌均匀,缓慢滴加于中间体溶液中再升温至82℃回流反应13h,反应结束后冷却至室温,过滤、萃取、减压蒸馏制得多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂。
具体反应方程式如下:
实施例3
一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将13.3g二异丙醇胺加入到250mL三颈烧瓶中,同时加入80mL甲醇作为溶剂并搅拌均匀;
(2)称取9.3g环氧氯丙烷溶于30mL甲醇中搅拌均匀,缓慢滴加于二异丙醇胺溶液中,升温至60℃搅拌反应11h;
(3)加入盐酸调节PH至3,再加入9.4g的环氧氯丙烷,继续反应13h,反应结束后减压蒸馏、洗涤获得中间体产物;
(4)称取3.18g中间体加入到250mL三颈烧瓶中,同时加入100mL无水乙醇作为溶剂并搅拌均匀,称取2.95g4-羟基喹啉溶于30mL无水乙醇中搅拌均匀,缓慢滴加于中间体溶液中再升温至84℃回流反应13h,反应结束后冷却至室温,过滤、萃取、减压蒸馏制得多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂。
具体反应方程式如下:
实施例4
一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将4.8g二异辛胺加入到250mL三颈烧瓶中,加入80mL乙腈作为溶剂并搅拌均匀;
(2)称取1.85g环氧氯丙烷溶于30mL乙腈中搅拌均匀,缓慢滴加于二异辛胺溶液中,升温至50℃搅拌反应10h;
(3)加入盐酸调节PH至4,再加入9.7g的环氧氯丙烷,继续反应13h,反应结束后减压蒸馏、洗涤获得中间体产物;
(4)称取4.21g中间体加入到250mL三颈烧瓶中,同时加入120mL乙腈作为溶剂并搅拌均匀,称取2.8gN,N-二甲基苄胺溶于30mL乙腈中搅拌均匀,缓慢滴加于中间体溶液中再升温至80℃回流反应15h,反应结束后冷却至室温,过滤、萃取、减压蒸馏制得多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂。
具体反应方程式如下:
实施例5
一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法,包括以下步骤:
(1)将3.6g二环己胺加入到250mL三颈烧瓶中,加入90mL丙酮作为溶剂并搅拌均匀;
(2)称取1.86g环氧氯丙烷溶于30mL丙酮中搅拌均匀,缓慢滴加于二环己胺溶液中,升温至50℃搅拌反应12h;
(3)加入盐酸调节PH至3,再加入9.7g的环氧氯丙烷,继续反应13h,反应结束后减压蒸馏、洗涤获得中间体产物;
(4)称取3.6g中间体加入到250mL三颈烧瓶中,同时加入90mL乙腈作为溶剂并搅拌均匀,称取2.7g喹啉溶于30mL乙腈中搅拌均匀,缓慢滴加于中间体溶液中再升温至80℃回流反应14h,反应结束后冷却至室温,过滤、萃取、减压蒸馏制得多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂。
具体反应方程式如下:

Claims (9)

1.一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法,依次包括以下步骤:
(1)将仲胺反应物溶于有机溶剂中,缓慢滴加环氧氯丙烷,升温至40-60℃搅拌反应10-12h,然后加入盐酸调节PH至3-5,再加入一定比例的环氧氯丙烷,继续反应12-14h,反应结束后减压蒸馏、洗涤获得中间体产物;
(2)将中间体产物溶于有机溶剂,将叔胺反应物以一定比例加入其中,并升温至80-100℃反应10-14h,冷却至室温后,过滤、萃取、减压蒸馏制得多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂。
2.如权利要求1所述的一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法,其特征在于,所述仲胺反应物为二烯丙基胺、二异丙醇胺、二苄胺、二异辛胺或二环己胺。
3.如权利要求1所述的一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法,其特征在于,首次加入的环氧氯丙烷与仲胺反应物的摩尔比为1:1-1.2:1。
4.如权利要求1所述的一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法,其特征在于,二次加入的环氧氯丙烷与仲胺反应物的摩尔比为1:1-1.4:1。
5.如权利要求1所述的一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法,其特征在于,环氧氯丙烷的滴加速度为6-11mL/min。
6.如权利要求1所述的一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法,其特征在于,所述有机溶剂为丙酮、甲醇、乙醇或乙腈。
7.如权利要求1所述的一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法,其特征在于,叔胺反应物与中间体产物的摩尔比为1:1-1.2:1。
8.如权利要求1所述的一种多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂的制备方法,其特征在于,所述叔胺反应物为4-羟基喹啉、喹啉、N,N-二甲基苄胺、芥酸酰胺丙基二甲基叔胺或N,N-二甲基十八烷基叔胺。
9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的方法制备的多阳离子季铵盐酸化缓蚀剂,将其用于油气井酸化缓蚀,对油气井碳钢的酸腐蚀有明显的抑制作用。
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