CN112522710A - Co2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂、制备方法及应用 - Google Patents

Co2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂、制备方法及应用，缓蚀剂主剂为硫脲基二聚酸咪唑啉；先制备缓蚀剂主剂硫脲基二聚酸咪唑啉；应用时将缓蚀剂主剂、分散剂、有机溶剂加入反应釜中，搅拌完全溶解后，再依次加入水、缓蚀增效剂搅拌均匀，即得CO2驱油注采***缓蚀剂；最后将聚天冬氨酸加入到制备的CO2驱注采***缓蚀剂中，搅拌均匀即得CO2驱注采***缓蚀阻垢一体化剂；本发明缓蚀阻垢一体化，具有原料易得、制备方法简单、成本低，使用方便，可通过一种药剂解决CO2驱油注采***、含CO2油田采出水注采***的腐蚀与结垢问题。

Description

CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及油田缓蚀剂和阻垢剂技术领域，特别涉及CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂、制备方法及应用。
背景技术
二氧化碳驱油技术是指油田开采中油藏工程设计、二氧化碳注采工艺、动态监测与调整、产出流体处理等技术的总称，是提高低渗透油藏采收率最有前景的方法。该技术不但可以减少对地球环境造成恶劣影响的工业废气二氧化碳的排放，而且还可以将二氧化碳变为改善油田开发效果、提高原油采收率的重要资源。由于CO2驱注采***是复杂的水、油、气复杂环境体系，二氧化碳驱油过程中会生产碳酸，注入地层会导致地层压力降低、温度升高，容易在油套管、地下设备及集输管路发生严重的腐蚀和无机盐类的结垢，造成管路穿孔、堵塞等问题。
目前针对油田采油生产过程中发生的采油设备、管线等发生的腐蚀和结垢问题，主要采用的措施有：①选用耐蚀金属材料；②采用保护性覆盖层；③电化学保护；④电磁防垢；⑤声波防垢；⑥添加化学剂(缓蚀剂和阻垢剂)。在这些防腐防垢措施中，添加化学药剂防腐防垢是经济、有效而且通用性强的控制腐蚀结垢方法，将特别适合在油气井及集输***中应用。
在采油过程中，针对在含有CO2的盐水腐蚀体系中，开发出了以咪唑啉、季铵盐、酰胺盐等为主剂的缓蚀剂。如：CN103450866A专利介绍了一种由酰胺化合物15～50％，有机炔醇10～25％，巯基酸5～15％，哌啶5～25％，巯基吡啶5～15％，溶剂25～60％组成的高温二氧化碳缓蚀剂，在温度150～250℃下，对油田水体系的二氧化碳腐蚀具有很好的缓蚀作用。CN1277240专利提供了一种由咪唑啉含硫衍生物(25～40％，重量)，烷基磷酸酯(20～30％，重量)，炔醇(5～ 15％，重量)，非离子表面活性剂(10～20％，重量)和溶剂(20～30％，重量)组成的油田用CO2腐蚀缓蚀剂，能防止含二氧化碳的高矿化度污水对金属表面的腐蚀。CN1410595专利提供了一种包括松香胺 (10～40％，重量)，单元酸(5～30％，重量)，硫脲及硫脲衍生物(5～ 30％，重量)和溶剂(10～50％，重量)的一种抑制碳钢CO2腐蚀的水溶性缓蚀剂，可在较宽的温度范围较好地抑制管道碳钢材料在油田含 CO2环境中的腐蚀。CN1818138专利提供了由油酸咪唑啉(1～70％，重量)，硫脲(0.01～30％，重量)，聚氧乙烯醚(0～30％，重量)，异丙醇(0～40％，重量)和水(0～60％，重量)组成的具有良好的控制二氧化碳腐蚀的效果缓蚀剂。CN101892039A专利提供了一种由油基羟乙基咪唑啉，硫脲，异丁醇，乳化剂和水制成耐高温高压抑制 CO2腐蚀气井缓蚀剂及其制备方法，解决了现有抑制CO2腐蚀的缓蚀剂在高温高压下易分解而不适于深层天然气田开采的问题。 CN102071427A专利提供了由一种包含硫代咪唑酮衍生物(1～80％，重量)，烷基季铵盐(1～50％，重量)，含硫低分子有机物(0.01～20％，重量)，非离子表面活性剂(0～30％，重量)，炔醇(1～20％，重量)，溶剂(0～70％，重量)和水(0～70％，重量)的具有良好的抗高温高压二氧化碳腐蚀的缓蚀剂，可用于高温和高二氧化碳分压的油井中。 CN103013484A专利公开了一种按质量份由油酸为1～5份，乙醇为 15～30份，咪唑啉衍生物为20～40份，炔醇衍生物为5～30份，辛醇为1～5份，水2～54份组成的控制二氧化碳与高矿化度腐蚀的缓蚀剂，可用于控制油田深井高温中的二氧化碳与高矿化度腐蚀。 CN103820789A专利公开了利用咪唑啉类缓蚀剂及其衍生物，脂肪胺及其衍生物，松香胺等有机化合物与硫脲，十二烷基磺酸钠之间的缓蚀协同效应，通过复配得到可用于油气田防止二氧化碳腐蚀的复配型二氧化碳缓蚀剂。CN105132919A专利公开了一种主要由溶剂(40～ 60％，重量)，改性咪唑啉季铵盐(25～30％，重量)，醇胺(10～15％，重量)，表面活性剂(5～10％，重量)组成的可用于气田高温高压下 CO2引起的井筒、管道腐蚀的缓蚀剂。CN105568292A专利公开了一种用于抑制二氧化碳腐蚀的烷基吡啶季铵盐缓蚀剂，其组分为复合烷基吡啶季铵盐、苯扎氯铵、辛基酚聚氧乙烯醚和/或脂肪醇聚氧乙烯醚、硫脲、乙二醇、单乙醇胺和水组成。CN107794531A发明公开了一种油气井用二氧化碳缓蚀剂，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，能有效的降低二氧化碳对油气井的腐蚀速率。CN107699900A提供了一种油气田集输管线用CO2缓蚀剂及其制备方法，其缓蚀剂含有以下组分：44～55重量份的咪唑啉-苯甲酸衍生物，5～10重量份的硫脲，10～18重量份的水，5～8重量份的烷基酚聚氧乙烯醚OP-10，1～2重量份的三乙醇胺，2～5重量份的平平加O-25，以及7～28重量份乙二醇单丁醚，在苛刻(高氯离子、高矿化度和高温)的集输管线腐蚀环境下对集输管线具有良好的防腐蚀效果。CN109112548A给出的一种按质量百分比计，包括双咪唑啉季铵盐50～60％，烷基/芳香基二硫代氨基甲酸钠10～40％，以及溶剂 10～40％的抗CO2腐蚀集输管线缓蚀剂，能够在较高温度和高CO2分压的集输环境中，对金属管道和设备进行有效保护。为防止腐蚀体系结垢，也有将咪唑啉，季铵盐，酰胺盐，膦酸盐与阻垢剂，如膦基三羧酸丁烷(PBTCA)、羟基乙叉二膦酸(HEDP)、氨基三甲叉膦酸 (ATMP)等复配的兼具缓蚀与阻垢的缓蚀阻垢剂。如： CN110079807A公开了一种适用于高温的油田防垢缓蚀剂，包括：离子咪唑啉类聚醚，辛基酚聚氧乙烯醚OP-10，多乙烯多胺，苯并三氮唑，乙二胺四乙酸二钠，羟基乙叉二膦酸，六次甲基四胺，十二烷基三甲基氯化铵和水，可在70℃下防止油田产出液由于低酸性、高矿化度、二氧化碳、硫化氢和高温而造成的腐蚀和碳酸盐结垢。以上专利涉及的缓蚀剂、缓蚀阻垢剂是针对油田开发过程中含有CO2的盐水腐蚀体系中开发的缓蚀剂或缓蚀阻垢剂，还不能满足CO2驱油注采***复杂的水、油、气复杂环境体系在生产过程中油套管、地下设备及集输管路严重腐蚀和结垢问题。CN106478510A发明公开了一种利用炔醇基咪唑啉化合物制备得到的能有效抑制CO2驱油过程管道腐蚀的缓蚀剂，但没有考虑对CO2驱油注采***结垢问题的防治。当前可用于CO2驱油注采***腐蚀结垢的缓蚀阻垢剂匮乏，加之缓蚀剂与阻垢剂的配伍性和协同性较为复杂的问题，因此可用于CO2驱油注采***复杂油套管、地下设备及集输管路严重腐蚀和结垢而研制的兼具缓蚀和阻垢作用的缓蚀阻垢剂则更少。
发明内容
针对CO2驱油注采***水、油、气复杂环境体系地下油套管、设备及集输管路严重腐蚀和结垢问题，本发明的目的在于提供CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂、制备方法及应用，首先以二聚羧酸、三乙烯四胺和硫脲等为原料制备硫脲基二聚酸咪唑啉，再以制备的硫脲基二聚酸咪唑啉作为缓蚀剂主剂，1,4-丁炔二醇、乌洛托品或环己胺作为缓蚀增效剂，烷基酚聚氧乙烯醚OP-10、平平加O-25等非离子表面活性剂作为分散剂，甲醇或乙醇与水作为溶剂制备CO2驱注采***缓蚀剂，最后再将制备的缓蚀剂与聚天冬氨酸PASP复配制备出适用于CO2驱油注采***的缓蚀阻垢一体化剂；该CO2驱油注采***的缓蚀阻垢一体化剂可用于CO2驱油注采***CO2分压高、地层水矿化度高、温度高等复杂腐蚀结垢环境，同时满足对防腐和防垢的要求。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂，主剂为硫脲基二聚酸咪唑啉，具有如下分子结构：
Figure BDA0002775316810000051
CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂的制备方法，包括以下步骤：
先在反应釜中加入三乙烯四胺、二聚羧酸和携水剂，其中，三乙烯四胺与二聚羧酸的摩尔比为2.2～2.4，携水剂为甲苯或二甲苯，加入量为二聚羧酸和三乙烯四胺质量总和的20％～30％；开动搅拌器，升温并控制反应温度在150℃～170℃，反应4～5h，生成酰胺；然后再升高温度蒸出携水剂，将反应温度控制在220℃～240℃，反应2～ 3h，得到二聚酸咪唑啉；最后将反应釜降温至50℃，打开反应釜，向反应釜中按硫脲与二聚羧酸的摩尔比为2.2～2.4的比例加入硫脲，关闭反应釜，保持温度在90-100℃，反应4h，即得硫脲基二聚酸咪唑啉。
CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂的应用，用于制备CO2 驱油注采***缓蚀阻垢一体化剂，包括以下步骤：
步骤一、按质量100％计，准备缓蚀剂主剂硫脲基二聚酸咪唑啉 15％～40％，缓蚀增效剂6％～8％；分散剂5％～10％，有机溶剂10％～ 30％，其余为水；先将缓蚀剂主剂、分散剂、有机溶剂加入反应釜中，搅拌完全溶解后，再依次加入水、缓蚀增效剂，搅拌均匀，即得CO2驱油注采***缓蚀剂；
所述的缓蚀增效剂为1,4-丁炔二醇、乌洛托品、环己胺中的任意一种；
所述的分散剂为非离子表面活性剂，包括烷基酚聚氧乙烯醚OP- 10，平平加O-25中的任意一种；
所述的有机溶剂为甲醇或乙醇；
步骤二、按质量计，将聚天冬氨酸按总量10％～30％在搅拌下加入到步骤一制备的CO2驱注采***缓蚀剂中，搅拌均匀即得CO2驱注采***缓蚀阻垢一体化剂。
本发明具有以下优点：
本发明制备的硫脲基二聚酸咪唑啉属于双子型非离子化合物，含有咪唑啉环、电负性大的氮原子、硫原子，易于在金属表面吸附形成保护膜，同时，分子中拥有较多的亲水基团，水溶性相对较好，易于与非离子表面活性剂和阻垢剂配伍。以硫脲基二聚酸咪唑啉，缓蚀增效剂(1,4-丁炔二醇、乌洛托品或环己胺)，聚天冬氨酸，非离子表面活性剂(烷基酚聚氧乙烯醚OP-10，平平加)等为原料配制缓蚀剂，缓蚀阻垢一体化剂，具有原料易得、制备方法简单、成本低，使用方便，可通过一种药剂解决CO2驱油注采***、含CO2油田采出水注采***的腐蚀与结垢问题。
具体实施方式
结合CO2驱油注采***缓蚀阻垢一体化剂制备的具体实施案例对本发明进行示例性说明和进一步理解，但实施案例仅为例子给出，不视为本发明的全部技术方案，不是对本发明总的技术方案的限定，凡有相同或相似技术特征、简单改变或替换的，均属本发明保护范围。
实施例一
CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂的制备方法，包括以下步骤：先在反应釜中加入二聚羧酸、三乙烯四胺和携水剂，其中，三乙烯四胺与二聚酸的摩尔比为2.3，携水剂二甲苯加入量为二聚羧酸和三乙烯四胺质量总和的20％；开动搅拌器，升温并控制反应温度在 160℃～170℃，反应5h，生成酰胺；然后再升高温，蒸出携水剂二甲苯，控制反应温度在220℃～230℃，反应3h，得到二聚酸咪唑啉；最后将反应釜降温至50℃，打开反应釜，向反应釜中按硫脲与二聚酸的摩尔比为2.3的比例加入硫脲，关闭反应釜，保持温度在95℃左右，反应4h，即得硫脲基二聚酸咪唑啉。
制备的硫脲基二聚酸咪唑啉具有如下分子结构：
Figure BDA0002775316810000071
CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂的应用，用于制备CO2 驱油注采***缓蚀阻垢一体化剂，包括以下步骤：
步骤一、按质量100％计，准备缓蚀剂主剂硫脲基二聚酸咪唑啉30％，缓蚀增效剂1,4-丁炔二醇6％；分散剂OP-10 8％，乙醇20％，其余为水；先将缓蚀剂主剂、分散剂、乙醇加入反应釜中，搅拌完全溶解后，再加入缓蚀增效剂、水搅拌均匀，即得CO2驱油注采***缓蚀剂TDIH-1。
在80℃、CO2分压为4Mpa、模拟地层水中[组成为：NaCl (23.00g/L),CaCl2(1.40g/L),MgCl2﹒6H2O(0.50g/L),Na2SO4 (0.80g/L),总矿化度25700.00mg·L-1，pH为6.86]，缓蚀剂TDIH- 1加量为300mg/L，使用N80钢片挂片7d，在CO2驱油模拟腐蚀实验中的测得腐蚀速率为0.0747mm/a，缓蚀率为97.2％。
步骤二、将CO2驱油注采***缓蚀剂TDIH-1按总量80％计加入到反应釜中，再将按总量20％计的聚天冬氨酸在搅拌下加入反应釜，搅拌均匀即得CO2驱注采***缓蚀阻垢一体化剂。
效果：在80℃、CO2分压为4Mpa、模拟地层水中[组成为：NaCl (23.00g/L),CaCl2(1.40g/L),MgCl2﹒6H2O(0.50g/L),Na2SO4 (0.80g/L),总矿化度25700.00mg·L-1，pH为6.86]，CO2驱注采***缓蚀阻垢一体化剂加量为300mg/L，使用N80钢片挂片7d，在CO2驱油模拟腐蚀实验中的测得腐蚀速率为0.0810mm/a，缓蚀率为96.9％，阻垢率为92.5％。
实施例二
CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、先在反应釜中加入二聚羧酸、三乙烯四胺和携水剂，其中，三乙烯四胺与二聚酸的摩尔比为2.3，携水剂二甲苯加入量为二聚羧酸和三乙烯四胺质量总和的20％；开动搅拌器，升温并控制反应温度在160℃～170℃，反应5h，生成酰胺；然后再升高温，蒸出携水剂二甲苯，控制反应温度在220℃～230℃，反应3h，得到二聚酸咪唑啉；最后将反应釜降温至50℃，打开反应釜，向反应釜中按硫脲与二聚酸的摩尔比为2.3的比例加入硫脲，关闭反应釜，保持温度在 95℃左右，反应4h，即得硫脲基二聚酸咪唑啉。
CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂的应用，用于制备CO2驱油注采***缓蚀阻垢一体化剂，包括以下步骤：
步骤一、按质量100％计，准备缓蚀剂主剂硫脲基二聚酸咪唑啉 30％，缓蚀增效剂环己胺8％，分散剂OP-10 8％，乙醇20％，其余为水；先将缓蚀剂主剂、分散剂、乙醇加入反应釜中，搅拌完全溶解后，再加入缓蚀增效剂、水搅拌均匀，即得CO2驱油注采***缓蚀剂TDIH-2。
在80℃、CO2分压为4Mpa、模拟地层水中[组成为：NaCl (23.00g/L),CaCl2(1.40g/L),MgCl2﹒6H2O(0.50g/L),Na2SO4 (0.80g/L),总矿化度25700.00mg·L-1，pH为6.86]，缓蚀剂TDIH- 2加量为300mg/L，使用N80钢片挂片7d，在CO2驱油模拟腐蚀实验中的测得腐蚀速率为0.0875mm/a，缓蚀率为96.7％。
步骤二、将CO2驱油注采***缓蚀剂TDIH-1按总量90％计加入到反应釜中，再将按总量10％计的聚天冬氨酸在搅拌下加入反应釜，搅拌均匀，即得CO2驱注采***缓蚀阻垢一体化剂。
效果：在90℃、CO2分压为4Mpa、模拟地层水中、缓蚀阻垢一体化剂加量为300mg/L的CO2驱油模拟腐蚀实验中，N80钢片的腐蚀速率可降低至0.100mm/a以下，在CO2驱油模拟腐蚀实验中的测得腐蚀速率为0.0822mm/a，缓蚀率为93％，阻垢率为91％。
实施例三
CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、先在反应釜中加入三乙烯四胺、二聚羧酸和携水剂，其中，三乙烯四胺与二聚羧酸的摩尔比为2.4，携水剂为甲苯，加入量为二聚羧酸和三乙烯四胺质量总和的30％；开动搅拌器，升温并控制反应温度在150℃～170℃，反应4h，生成酰胺；然后再升高温度，蒸出携水剂，将反应温度控制在220℃～240℃，反应2h，得到二聚酸咪唑啉；最后将反应釜降温至50℃，打开反应釜，向反应釜中按硫脲与二聚羧酸的摩尔比为2.4的比例加入硫脲，关闭反应釜，保持温度在90-100℃，反应4h，即得硫脲基二聚酸咪唑啉。
CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂的应用，用于制备CO2驱油注采***缓蚀阻垢一体化剂，包括以下步骤：
步骤一、按质量100％计，准备缓蚀剂主剂硫脲基二聚酸咪唑啉 40％，缓蚀增效剂乌洛托品6％；分散剂非离子表面活性剂平平加O- 25 5％，有机溶剂乙醇30％，其余为水；先将缓蚀剂主剂、分散剂、有机溶剂加入反应釜中，搅拌完全溶解后，再依次加入水、缓蚀增效剂搅拌均匀，即得CO2驱油注采***缓蚀剂；
步骤二、将CO2驱油注采***缓蚀剂TDIH-1按总量80％计加入到反应釜中，再将按总量20％计的聚天冬氨酸在搅拌下加入反应釜，搅拌均匀即得CO2驱注采***缓蚀阻垢一体化剂。
效果：在90℃、CO2分压为4Mpa、模拟地层水中、缓蚀阻垢一体化剂加量为300mg/L的CO2驱油模拟腐蚀实验中，N80钢片的腐蚀速率可降低至0.100mm/a以下，缓蚀率和阻垢率均大于90.0％。

Claims (6)

1.CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂，其特征在于，主剂为硫脲基二聚酸咪唑啉，具有如下分子结构
Figure FDA0002775316800000011
2.CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
先在反应釜中加入三乙烯四胺、二聚羧酸和携水剂，其中，三乙烯四胺与二聚羧酸的摩尔比为2.2～2.4，携水剂为甲苯或二甲苯，加入量为二聚羧酸和三乙烯四胺质量总和的20％～30％；开动搅拌器，升温并控制反应温度在150℃～170℃，反应4～5h，生成酰胺；然后再升高温度蒸出携水剂，将反应温度控制在220℃～240℃，反应2～3h，得到二聚酸咪唑啉；最后将反应釜降温至50℃，打开反应釜，向反应釜中按硫脲与二聚羧酸的摩尔比为2.2～2.4的比例加入硫脲，关闭反应釜，保持温度在90-100℃，反应4h，即得硫脲基二聚酸咪唑啉。
3.基于权利要求2所述的CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂的应用，用于制备CO2驱油注采***缓蚀阻垢一体化剂，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、按质量100％计，准备缓蚀剂主剂硫脲基二聚酸咪唑啉15％～40％，缓蚀增效剂6％～8％；分散剂5％～10％，有机溶剂10％～30％，其余为水；先将缓蚀剂主剂、分散剂、有机溶剂加入反应釜中，搅拌完全溶解后，再依次加入水、缓蚀增效剂，搅拌均匀，即得CO2驱油注采***缓蚀剂；
步骤二、按质量计，将聚天冬氨酸按总量10％～30％在搅拌下加入到步骤一制备的CO2驱注采***缓蚀剂中，搅拌均匀即得CO2驱注采***缓蚀阻垢一体化剂。
4.根据权利要求3所述的CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂的应用，其特征在于，所述的缓蚀增效剂为1,4-丁炔二醇、乌洛托品、环己胺中的任意一种。
5.根据权利要求3所述的CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂的应用，其特征在于，所述的分散剂为非离子表面活性剂，包括烷基酚聚氧乙烯醚OP-10,平平加O-25中的任意一种。
6.根据权利要求3所述的CO2驱油注采***缓蚀阻垢的缓蚀剂主剂的应用，其特征在于，所述的有机溶剂为甲醇或乙醇。
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