CN111909677A - 一种环空保护液、制备方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种环空保护液、制备方法及其应用。所述环空保护液包括加重剂、pH稳定剂、缓蚀剂、除氧剂和水。本申请的环空保护液能够应用于超高温、超高压、超深井的酸性(例如CO2)气田开发。并且其能够在大量酸性气体渗入环境下仍然具有高温稳定性、低腐蚀性、储层伤害小和高比重等特性。
Description
技术领域
本申请提供了一种环空保护液、制备方法及其应用，特别是环空保护液在超高温和超高压酸性气田中的应用。
背景技术
磷酸盐、甲酸盐环空保护液具有高比重、低成本等优势，但在高温下磷酸盐中的磷元素由于价态不稳定容易发生氧化还原反应，并最终诱发油套管开裂失效。而甲酸盐在超高温、超高压、超深井的开发过程中，油管内CO2-H2S等酸性介质容易渗入到油套环空致使环空保护液酸化和甲酸盐大量高温分解，进而引发油套管发生局部腐蚀和开裂。
发明内容
本申请之一提供了一种环空保护液，其包括加重剂、pH稳定剂、缓蚀剂、除氧剂和水。
在一个具体实施方式中，所述加重剂包括甲酸钠和/或甲酸钾。
在一个具体实施方式中，所述pH稳定剂包括碳酸盐和/或碳酸氢盐。例如所述pH稳定剂可以为碳酸盐与碳酸氢盐的混合物。
在一个具体实施方式中，所述碳酸盐选自碳酸钠和/或碳酸钾。
在一个具体实施方式中，所述碳酸氢盐选自碳酸氢钠和/或碳酸氢钾。
在一个具体实施方式中，所述缓蚀剂包括改性咪唑啉耐高温缓蚀剂。
在一个具体实施方式中，所述除氧剂包括亚硫酸钠和/或二甲基酮肟。
在一个具体实施方式中，以水的质量为100质量份计，加重剂88至340质量份、pH稳定剂的0.2至10质量份、缓蚀剂0.1至3质量份、除氧剂0.2至0.4质量份。
在一个具体实施方式中，以水的质量为100质量份计，甲酸钠48至88质量份，甲酸钾0至340质量份。
在一个具体实施方式中，以水的质量为100质量份计，碳酸盐0.1至5质量份，碳酸氢盐0.1至5质量份。
本申请之二提供了根据本申请之一中任意一项所述的环空保护液的制备方法，其包括如下步骤：
1)将所述加重剂溶于水中至完全溶解，得到第一溶液；
2)向所述第一溶液中加入pH稳定剂和缓蚀剂至完全溶解，得到第二溶液；
3)在使用前3至6小时的时候，向所述第二溶液中加入除氧剂至完全溶解，得到所述环空保护液。
本申请之三提供了根据本申请之一中任意一项所述的环空保护液或根据本申请之二所述的制备方法制得的所述环空保护液在超高温和超高压酸性气田中的应用，其中所述超高温至少为150℃的温度，所述超高压至少为80MPa的压力。
在一个具体实施方式中，所述述超高温的温度范围为150℃至210℃；所述超高压的压力范围为80MPa至100MPa。
优选地，在一个具体实施方式中，所述酸性气田的pH的范围为3至7。
本申请中的各组分含量允许存在一定范围的误差。
本发明中的术语“耐高温”指的是能耐受150℃以上的高温，特别是150℃至210℃范围内的高温。
本发明中的术语“超高温”指的是150℃以上的高温，特别是150℃至210℃范围内的高温。
本申请的有益效果：
本申请的环空保护液能够应用于超高温、超高压、超深井的酸性(例如CO2)气田开发。并且其能够在大量酸性气体渗入环境下仍然具有高温稳定性、低腐蚀性、储层伤害小和高比重等特性。具体地，其使得P110S钢在210℃和3MPa CO2酸性气体渗入环境下，腐蚀速率大大降低，有效保护了油套环空。此外，其配制方法简单，可满足现场现配现用。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明实施例仅为示例性的说明，该实施方式无论在任何情况下均不构成对本发明的限定。
改性咪唑啉类耐高温缓蚀剂WTH-2600购自威海翔宇环保科技股份有限公司。
其他试剂也均可市购获得。
环空保护液的腐蚀性能指标通过测定环空保护液的腐蚀速率进行评价，具体评价方法为：以P110S钢为测试对象，实验设备为C276高温高压反应釜(最高压力100MPa)，实验溶液为实施例制备的环空保护液，模拟酸性气体渗入量为3MPa CO2，实验温度为210℃，实验时间为120h。
溶解氧含量用哈希高精度溶氧仪测得，即直接将溶氧仪探头放在配置好的环空保护液中读取数据。
实施例1
1)将880g甲酸钠溶于1kg水中至完全溶解，得到第一溶液；
2)向所述第一溶液中依次加入50g碳酸钠、50g碳酸氢钠和30g改性咪唑啉类耐高温缓蚀剂WTH-2600至分别完全溶解，得到第二溶液；
3)在使用前6小时的时候，向所述第二溶液中加入4g亚硫酸钠除氧剂至完全溶解，得到所述环空保护液。取一定体积溶液，称量质量，计算密度为1.31g/cm3。
本实施例制备的环空保护液在高温210℃和3MPa CO2酸性气体渗入环境下保持120h后，其密度与测试前相同，为1.31g/cm3。环空保护液对P110S钢的腐蚀速率为0.11mm/a。结果表明该环空保护液在高温和大量酸性气体渗入工况下仍然具备较高的稳定性和较低的腐蚀性特点。
结果见表1。
实施例2
1)将480g甲酸钠和900g甲酸钾溶于1kg水中至完全溶解，得到第一溶液；
2)向所述第一溶液中加入23g碳酸钠、23g碳酸氢钠和13g改性咪唑啉类耐高温缓蚀剂WTH-2600至完全溶解，得到第二溶液；
3)在使用前3小时的时候，向所述第二溶液中加入2g亚硫酸钠除氧剂至完全溶解，得到所述环空保护液。取一定体积溶液，称量质量，计算密度为1.41g/cm3。
本实施例制备的环空保护液在高温210℃和3MPa CO2酸性气体渗入环境下保持120h后，其密度与测试前相同，为1.41g/cm3。环空保护液对P110S的钢腐蚀速率为0.12mm/a。结果表明该环空保护液在高温和大量酸性气体渗入工况下仍然具备较高的稳定性和较低的腐蚀性特点。
结果见表1。
实施例3
1)将3400g甲酸钾溶于1kg水中至完全溶解，得到第一溶液；
2)向所述第一溶液中依次加入1g碳酸钠、1g碳酸氢钠和1g改性咪唑啉类耐高温缓蚀剂WTH-2600至分别完全溶解，得到第二溶液；
3)在使用前5小时的时候，向所述第二溶液中加入2g亚硫酸钠除氧剂至完全溶解，得到所述环空保护液。取一定体积溶液，称量质量，计算密度为1.59g/cm3。
本实施例制备的环空保护液在高温210℃和3MPa CO2酸性气体渗入环境下保持120h后，其密度与测试前相同，为1.59g/cm3。环空保护液对P110S钢的腐蚀速率为0.11mm/a。结果表明该环空保护液在高温和大量酸性气体渗入工况下仍然具备较高的稳定性和较低的腐蚀性特点。
结果见表1。
表1
| 实施例 | 测试前密度 | 测试后密度 | pH值 | 溶解氧含量 | 腐蚀速率 |
| 实施例1 | 1.31g/cm<sup>3</sup> | 1.31g/cm<sup>3</sup> | 9.5 | ＜0.050mg/L | 0.11mm/a |
| 实施例2 | 1.41g/cm<sup>3</sup> | 1.41g/cm<sup>3</sup> | 10.2 | ＜0.050mg/L | 0.12mm/a |
| 实施例3 | 1.59g/cm<sup>3</sup> | 1.59g/cm<sup>3</sup> | 11.3 | ＜0.050mg/L | 0.11mm/a |
注：测试前和测试后的pH值基本不变，表中pH值的数据为测试前和测试后的平均值。
上述实施例的实验数据表明，本发明无固相环空保护液具备耐高温、高比重、低腐蚀性等特征。在高温210℃和3MPa CO2酸性气体渗入环境下，P110S钢腐蚀速率低于0.125mm/a，能够满足碳钢管材在超高温、超高压酸性气体油套环空的腐蚀防护要求。
对比例1
通过添加465g氯化钙、5ml耐高温缓蚀剂(WTH2600)至1000g水中，配置成密度1.30g/cm3的氯化钙类环空保护液。在与本发明的环空保护液评价条件相同情况下，即在3MPa CO2的工况下，该氯化钙类环空保护液腐蚀速率为0.52mm/a，腐蚀速率远高于标准要求的0.125mm/a和实施例1的0.11mm/a。
对比例2
通过添加752g甲酸钠和1244g甲酸钾至1000g水中，配置成密度1.52g/cm3未加缓蚀剂的甲酸盐类环空保护液。在与本发明的环空保护液评价条件相同情况下，即在3MPaCO2的工况下，该甲酸盐类环空保护液腐蚀速率达到0.24mm/a，腐蚀速率远高于标准要求的0.125mm/a和实施例3的0.11mm/a。
对比例3
通过添加360g氯化钠、12.0g碳酸钠、12.0g碳酸氢钠、5％(体积分数)耐高温缓蚀剂WTH1600至1000g水中，配置成饱和氯化钠环空保护液。在与本专利研发的环空保护液评价条件相同情况下，即在3MPaCO2的工况下，该氯化钠环空保护液腐蚀速率为0.032mm/a，虽然腐蚀速率低于0.125mm/a，但是该环空保护液密度仅1.20g/cm3，无法满足高密度要求，无法满足超高压井开发需求。
虽然本申请已经参照具体实施方式进行了描述，但是本领域的技术人员应该理解在没有脱离本申请的真正的精神和范围的情况下，可以进行的各种改变。此外，可以对本申请的主体、精神和范围进行多种改变以适应特定的情形、材料、材料组合物和方法。所有的这些改变均包括在本申请的权利要求的范围内。
Claims (10)
1.一种环空保护液，其包括加重剂、pH稳定剂、缓蚀剂、除氧剂和水。
2.根据权利要求1所述的环空保护液，其特征在于，所述加重剂包括甲酸钠和/或甲酸钾。
3.根据权利要求1或2所述的环空保护液，其特征在于，所述pH稳定剂包括碳酸盐和/或碳酸氢盐，优选所述碳酸盐选自碳酸钠和/或碳酸钾；优选所述碳酸氢盐选自碳酸氢钠和/或碳酸氢钾。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的环空保护液，其特征在于，所述缓蚀剂包括耐高温的改性咪唑啉缓蚀剂。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的环空保护液，其特征在于，所述除氧剂包括亚硫酸钠和/或二甲基酮肟。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的环空保护液，其特征在于，以水的质量为100质量份计，加重剂88至340质量份、pH稳定剂的0.2至10质量份、缓蚀剂0.1至3质量份、除氧剂0.2至0.4质量份。
7.根据权利要求2至6中任意一项所述的环空保护液，其特征在于，以水的质量为100质量份计，甲酸钠48至88质量份，甲酸钾0至340质量份。
8.根据权利要求3至7中任意一项所述的环空保护液，其特征在于，以水的质量为100质量份计，碳酸盐0.1至5质量份，碳酸氢盐0.1至5质量份。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的环空保护液的制备方法，其包括如下步骤：
1)将所述加重剂溶于水中至完全溶解，得到第一溶液；
2)向所述第一溶液中加入pH稳定剂和缓蚀剂至完全溶解，得到第二溶液；
3)在使用前3至6小时的时候，向所述第二溶液中加入除氧剂至完全溶解，得到所述环空保护液。
10.根据权利要求1至8中任意一项所述的环空保护液或根据权利要求9所述的制备方法制得的所述环空保护液在超高温和超高压酸性气田中的应用，其中所述超高温至少为150℃的温度，所述超高压至少为80MPa的压力；
优选地，所述述超高温的温度范围为150℃至210℃；所述超高压的压力范围为80MPa至100MPa；更优选地，所述酸性气田的pH的范围3至7。
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2019
- 2019-05-07 CN CN201910375376.3A patent/CN111909677B/zh active Active
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