CO2缓蚀剂及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种CO2缓蚀剂及其应用。该CO2缓蚀剂包括：烃基取代咪唑啉季铵盐、聚喹啉和溶剂；烃基取代咪唑啉季铵盐具有式(I)所示结构的阳离子；烃基取代咪唑啉季铵盐的阴离子选自SO

【技术实现步骤摘要】
CO2缓蚀剂及其应用


[0001]本专利技术涉及油田化学
，具体而言，涉及一种CO2缓蚀剂及其应用。

技术介绍

[0002]CO2是石油天然气开采过程中常见的腐蚀性伴生气，CO2驱油技术的应用将会导致石油开采过程中CO2含量急剧增加，CO2溶于水生成碳酸，引起电化学腐蚀。因此在油气开采过程中，尤其是二氧化碳补集、利用与封存(CCUS
‑
EOR)项目中，油套管和地面管线面临着高含量CO2的含水强腐蚀环境的考验。
[0003]添加缓蚀剂是油气田目前抑制CO2腐蚀的重要途径之一。常用的CO2缓蚀剂主要以咪唑啉及其衍生物为主，但咪唑啉的最高应用温度为60℃，当温度高于60℃时，咪唑啉及其衍生物的缓蚀性能急剧下降。除此之外，油井腐蚀环境条件严苛，其环境温度常高于100℃，以及EOR工程的高矿化度、高流速等工况。为了解决咪唑啉类化合物不耐高温的问题，研究者们常采用喹啉作为缓蚀剂。为了提高喹啉的耐温性，在130℃以上聚合得到高聚合喹啉能够增强其耐温性能，但是聚合度高的聚喹啉其溶解性和稳定性较差，这限制了其在抑制油田CO2腐蚀领域中的应用。
[0004]因此，面临上述问题，有必要研究并开发出一种新型CO2缓蚀剂，以抑制在高温和高CO2含量的工况下CO2对石油管线的腐蚀，这对于保护石油管线不被腐蚀具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种CO2缓蚀剂及其应用，以解决现有技术中CO2缓蚀剂在高温(60～180℃)和高CO2含量(CO2分压为1～5MPa)工况下缓蚀性能差的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供了一种CO2缓蚀剂，该CO2缓蚀剂包括：烃基取代咪唑啉季铵盐、聚喹啉和溶剂；烃基取代咪唑啉季铵盐具有式(I)所示结构的阳离子：
[0007][0008]其中R1选自C
10
～C
18
的烷基、C
10
～C
18
的烯基、氟取代的C
10
～C
18
的烷基、或氟取代的C
10
～C
18
的烯基，R2、R3、R4和R5分别独立地选自氢原子、氟原子、氟取代或未取代的C1～C5的烷基、氟取代或未取代的C2～C5的烯基，且R2、R3、R4和R5中至少含有一个氟原子；烃基取代咪唑啉季铵盐的阴离子选自SO
42
‑
或Cl
‑
；聚喹啉的聚合度为10～80。
[0009]进一步地，按重量份计，CO2缓蚀剂包括15～20份烃基取代咪唑啉季铵盐，10～15份聚喹啉以及30～60份溶剂。
[0010]进一步地，当R2、R3、R4和R5中共包括4个氟原子时，聚喹啉的聚合度为10～20；当R2、R3、R4和R5中共包括3个氟原子时，聚喹啉的聚合度为20～40；当R2、R3、R4和R5中共包括2个氟
原子时，聚喹啉的聚合度为40～60；当R2、R3、R4和R5中共包括1个氟原子时，聚喹啉的聚合度为60～80。
[0011]进一步地，烃基取代咪唑啉季铵盐与聚喹啉的重量比为(15～20):(10～15)。
[0012]进一步地，CO2缓蚀剂还包括表面活性剂；按重量份计，CO2缓蚀剂包括8～12份表面活性剂；优选地，表面活性剂选自全氟烷基磺酸盐类化合物，更优选为n
‑
CF3(CF2)8SO3Na和/或n
‑
CF3(CF2)
10
SO3Na。
[0013]进一步地，CO2缓蚀剂还包括阻垢剂；按重量份计，CO2缓蚀剂包括5～10份阻垢剂。
[0014]进一步地，阻垢剂为2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸、十二烷基硫酸钠、聚环氧琥珀酸中的一种或多种形成的混合物；优选地，按重量份计，阻垢剂包括25～35份2
‑
丙烯酰胺基
‑2‑
甲基丙磺酸，25～35份十二烷基硫酸钠以及35～45份聚环氧琥珀酸。
[0015]进一步地，溶剂为氯仿与醇形成的混合物；按重量份计，溶剂包括20～30份氯仿和10～30份醇；优选地，醇选自乙醇和/或丙醇。
[0016]进一步地，按重量份计，CO2缓蚀剂包括15～20份烃基取代咪唑啉季铵盐，10～15份聚喹啉，8～12份表面活性剂，5～10份阻垢剂，20～30份氯仿，以及10～30份醇。
[0017]为了实现上述目的，本专利技术另一个方面还提供了一种上述CO2缓蚀剂在油气田开采领域中的应用。
[0018]应用本专利技术的技术方案，氟烃基取代咪唑啉季铵盐中含有碳氢支链R1基团、含氮基团、杂环等具有电荷性的结构，聚喹啉结构中含有N原子，进而使烃基取代咪唑啉季铵盐与聚喹啉具有较强的亲核性。将二者应用在油气田开采领域中时，含氮基团和N原子能够与Fe原子形成配位键，进而实现与金属基体(如石油管线表面)的紧密结合，从而实现缓蚀剂在金属基体表面的吸附并形成缓蚀剂膜，降低阳极腐蚀速率，从而达到较好的缓蚀效果。而且烃基取代咪唑啉季铵盐中的碳氢支链R1基团能够形成疏水层，进而抑制腐蚀介质扩散迁移至金属基体表面。
[0019]将F原子或含氟基团引入烃基取代咪唑啉季铵盐的结构中能够提高其耐高温性能；同时将聚喹啉的聚合度限定在特定范围内能够同时提高其溶解性以及热稳定性，而且还能够提高缓蚀剂膜在金属基体表面的吸附稳定性，进而在高温条件下依然能够发挥较好的缓蚀效果。
[0020]将特定结构的烃基取代咪唑啉季铵盐与特定聚合度的聚喹啉同时使用，能够发挥二者的协同增效作用，有利于提高缓蚀剂膜的稳定性，提高缓蚀剂的缓蚀效果，从而有利于保护石油管线不被腐蚀。总之，将其应用在高温(60～180℃)和高CO2含量(CO2分压为1～5MPa)工况下能达到优异的缓蚀性能，进而能够显著提高油田设备的使用寿命。本申请提供的上述CO2缓蚀剂尤其适用于二氧化碳补集、利用与封存(CCUS
‑
EOR)项目中。
具体实施方式
[0021]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。
[0022]正如
技术介绍
所描述的，现有的CO2缓蚀剂在高温(60～180℃)和高CO2含量(CO2分压为1～5MPa)的工况下缓蚀性能差的问题。为了解决上述技术问题，本申请提供了一种CO2缓蚀剂，该CO2缓蚀剂包括：烃基取代咪唑啉季铵盐、聚喹啉和溶剂；烃基取代咪唑啉季铵盐
具有式(I)所示结构的阳离子：
[0023][0024]其中R1基团选自C
10
～C
18
的烷基、C
10
～C
18
的烯基、氟取代的C
10
～C
18
的烷基、或氟取代的C
10
～C
18
的烯基，R2、R3、R4和R5分别独立地选自本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CO2缓蚀剂，其特征在于，所述CO2缓蚀剂包括：烃基取代咪唑啉季铵盐、聚喹啉和溶剂；所述烃基取代咪唑啉季铵盐具有式(I)所示结构的阳离子：其中R1选自C
10
～C
18
的烷基、C
10
～C
18
的烯基、氟取代的C
10
～C
18
的烷基、或氟取代的C
10
～C
18
的烯基，R2、R3、R4和R5分别独立地选自氢原子、氟原子、氟取代或未取代的C1～C5的烷基、氟取代或未取代的C2～C5的烯基，且所述R2、所述R3、所述R4和所述R5中至少含有一个氟原子；所述烃基取代咪唑啉季铵盐的阴离子选自SO
42
‑
或Cl
‑
；所述聚喹啉的聚合度为10～80。2.根据权利要求1所述的CO2缓蚀剂，其特征在于，按重量份计，所述CO2缓蚀剂包括15～20份所述烃基取代咪唑啉季铵盐，10～15份所述聚喹啉以及30～60份所述溶剂。3.根据权利要求1或2所述的CO2缓蚀剂，其特征在于，当所述R2、所述R3、所述R4和所述R5中共包括4个氟原子时，所述聚喹啉的聚合度为10～20；当所述R2、所述R3、所述R4和所述R5中共包括3个氟原子时，所述聚喹啉的聚合度为20～40；当所述R2、所述R3、所述R4和所述R5中共包括2个氟原子时，所述聚喹啉的聚合度为40～60；当所述R2、所述R3、所述R4和所述R5中共包括1个氟原子时，所述聚喹啉的聚合度为60～80。4.根据权利要求1至3中任一项所述的CO2缓蚀剂，其特征在于，所述烃基...

【专利技术属性】
技术研发人员：范磊，雷自刚，尹成先，杨化龙，杨春林，王浩，刘洋，张娟涛，李丹平，
申请(专利权)人：中国石油集团工程材料研究院有限公司西安三环石油管材科技有限公司，
类型：发明
国别省市：