用於高溫酸性介質中的鋼鐵緩蝕劑及其製備方法
2023-05-31 20:50:51 3
專利名稱：用於高溫酸性介質中的鋼鐵緩蝕劑及其製備方法
技術領域：
本發明涉及金屬表面腐蝕與防護技術領域，具體地說本發明涉及一種用於高溫酸性介質中的鋼鐵緩蝕劑，以及製備該緩蝕劑的方法。
在油田酸化地層施工工藝中，油井使用15％~28％鹽酸溶液施工，由於井下溫度較高，油管及採油設備的鋼鐵腐蝕問題是深井酸化技術的關鍵之一，即必須要有高溫油井酸化緩蝕劑與該新工藝技術配套，否則油井腐蝕不堪設想。酸化緩蝕劑的加入，可以使油管的腐蝕速度大大降低。
目前最常用的油氣井酸化緩蝕劑有以下四種。1、7701緩蝕劑是一種含有多種烷基吡啶和喹啉的苄基季銨鹽物質，呈清亮透明的棕色液體，在鹽酸或土酸溶液中對碳鋼有很強的緩蝕作用，對三價鐵離子有很強的抑制作用。2、CT1-3油井酸化緩蝕劑，其主要成分是由酮醛及松香胺縮合物與炔醇化合物複合而成，在鹽酸中溶解分散性好，對碳鋼有很好的緩蝕作用。3、IMC-80-5酸化緩蝕劑是由炔氧甲基胺改性衍生物為主要緩蝕組分複合配方組成，在鹽酸或土酸中對碳鋼有很好的緩蝕作用。4、7801緩蝕劑是由酮醛胺縮合物和炔醇化合物等復配而成的棕紅色液體，酮醛胺縮合物是苯乙酮、甲醛和苯胺為原料製成的。但是目前這些緩蝕劑用於高溫、高酸酸性介質中，都存在著高溫時易分解、價格高的缺點，高溫緩蝕性能有待提高。
本發明的目的是提供一種用於高溫酸性介質中的鋼鐵緩蝕劑。
本發明的另一個目的是提供一種用於高溫酸性介質中的鋼鐵緩蝕劑的製備方法。
本發明的用於高溫酸性介質中的油氣田高溫酸化緩蝕劑，能夠滿足高溫、濃酸條件下，對N80鋼管的酸化緩蝕要求，並由掛片失重法、電化學恆電位法和顯微鏡觀測法對其緩蝕效果進行評價，具有良好的緩蝕效果。
本發明用於高溫酸性介質中的鋼鐵緩蝕劑製備方法，首先由曼尼希反應合成酮醛胺縮合物，再用陽離子化試劑作用生成緩蝕劑主劑，主劑與少量丙炔醇復配後製備出本發明的緩蝕劑，該緩蝕劑在160℃以下對20％鹽酸或土酸，以及對高溫和濃酸惡劣條件下都具有很好的緩蝕性能，且用量少生產方便。該系列反應溫度在80℃以下進行，反應容易控制，不需要特殊設備，幾乎沒有三廢排放。
本發明的高溫酸性介質中的鋼鐵緩蝕劑製備方法的步驟為1.酮醛胺縮合物的合成使用摩爾比為1∶0.5～1.5∶0.5～1.5的苯乙酮(或環己酮)與甲醛、苯胺在等重量乙醇溶液中，用2％～5％(Wt)鹽酸為催化劑，加熱回流反應生成。這步反應是本發明的最重要基礎，與傳統酮醛胺縮合物(曼尼希鹼)合成不同的是本發明加熱到78℃回流，時間只需20-40分鐘，然後降至室溫。
化學合成反應式 2.季銨鹽的生成在上述酮醛胺縮合產物中以總重量的15％～25％加入氯化苄，使其轉化為季銨鹽，反應溫度為20-40℃，優選30℃，時間為20-40分鐘，優選30分鐘。這一反應是本發明的關鍵，生成的季銨鹽即有很好的溶於鹽酸的性能，又因為電荷的重新分布，是分子在金屬表面吸附性有了很大的增強。
化學反應式 3.復配將合成的季銨鹽，與總重量的5％～8％的丙炔醇混合復配得到本發明的油田酸化緩蝕劑。
下面是由掛片失重法、電化學恆電位法和顯微鏡觀測法對本發明的緩蝕效果進行評價。
本發明的緩蝕劑性能實驗嚴格按照SY/TS405-1996《酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》操作。
工業產品取樣嚴格按照GB/T6680-86《液體化工產品採樣通則》執行。電化學恆電位法在穩態條件下，利用電子恆電位儀依次恆定在不同的數值，同時測量相應的穩態電流密度，把測得的一系列不同電位下的穩態電流密度畫成曲線。
利用三電極體系測定通過工作電極的電流和電位，從而得到單個電極的極化曲線。利用CorrTest系統記錄極化電位值和極化電流值，存儲於計算機中，再利用該系統做出E-Lgi曲線，對實驗結果進行計算與分析。90℃下，20％鹽酸和緩蝕劑CT1-3、本項發明新型緩蝕劑XY-1(濃度均為1.0％)的極化曲線圖，見
圖1(E-lgI圖)。
表4 20％鹽酸、XY-1和CT1-3極化曲線計算結果(90℃，20％HCl) 由圖1和表4可見加入本發明緩蝕劑XY-1之後，與20％鹽酸溶液相比，腐蝕電流大大減小，腐蝕電位變化不明顯，說明緩蝕劑XY-1同時抑制了陰極反應和陽極反應；加入緩蝕劑CT1-3之後，與20％鹽酸溶液相比，腐蝕電流也大大減小，腐蝕電位變化不大。以上數據表明緩蝕劑XY-1與緩蝕劑CT1-3都是混合型吸附緩蝕劑，且緩蝕劑XY-1的緩蝕效果好於CT1-3緩蝕劑。
顯微鏡實驗將N80鋼片打磨平整無劃痕，用拋光風粉拋光。將N80鋼片浸泡在90℃XY-1緩蝕劑1％的20％HCl溶液中，浸泡30分鐘。取出掛片清洗擦去掛片上附著的液體。將掛片立放在XJZ-6型正置式透反兩用金相顯微鏡載物臺上，用750倍放大進行觀測，調整焦距，直到能清晰的看到圖象。
通過顯微鏡觀測N80鋼片的金屬表面和緩蝕劑在試片上的吸附情況，可以明顯的看出，試片上吸附了一層均勻緻密的吸附層，並且這層吸附層擦拭不掉。
由上述試驗表明，本發明的緩蝕劑與其它緩蝕劑相比的主要優點是1、耐高溫性能好，160℃下3％加量腐蝕速率達35g/m2.h。
2、生產工藝簡單，加熱溫度低於80℃，沒有廢液產生。
3、產品沒有刺激性和惡臭氣味，易與酸液混合。
4、生產原料容易得到，沒有特殊藥品，產品價格比較低。
本發明的合成實例實例1環己酮(9g)+甲醛(17g)+苯胺(18g)+乙醇(50g)+28％鹽酸(3.5g)加熱回流時間25分鐘，然後迅速降溫，加入氯化苄(28g)，反應溫度為30℃，時間為30分鐘。再與7g丙炔醇混合復配得到本發明的油田酸化緩蝕劑。
實驗檢測結果見表1表1
實例2苯乙酮(12g)+甲醛(17g)+苯胺(18g)+乙醇(50g)+28％鹽酸(3.5g)加熱回流時間0.5小時，然後迅速降溫，加入氯化苄(28g)，反應溫度為35℃，時間為25分鐘。再與7g丙炔醇混合復配得到油田酸化緩蝕劑。
實驗檢測結果見表2
表2
實例3工業產品的生產實例苯乙酮(150Kg)+甲醛(220Kg)+苯胺(230Kg)+乙醇(600Kg)+28％鹽酸(35Kg)加熱回流時間1小時，然後迅速降溫，入氯化苄(345Kg)，反應溫度為30℃，時間為1小時。與丙炔醇(85Kg)混合復配得到新型油田酸化緩蝕劑。實驗檢測結果見表3表權利要求
1.用於高溫酸性介質中的鋼鐵緩蝕劑的製備方法，包括以下步驟1).化學合成酮醛胺縮合物，2).將所述步驟得到的酮醛胺縮合物轉化為季胺鹽，3).合成季胺鹽復配製得緩蝕劑。
2.根據權利要求1所述的方法，其中步驟1〕的酮醛胺縮合物化學合成為使用摩爾比為1∶0.5～1.5∶0.5～1.5的苯乙酮、甲醛、苯胺在等重量乙醇溶液中，用2％～5％(wt)鹽酸為催化劑，加熱到78℃回流反應20-60分鐘，然後降至室溫。
3.根據權利要求2所述的方法，其中的苯乙酮可以用環己酮代替。
4.根據權利要求1所述的方法，其中.將酮醛胺縮合物轉化為季胺鹽步驟2)為在上述酮醛胺縮合產物中以總重量的15％～25％加入氯化苄，使其轉化為季銨鹽，反應溫度為27-33℃，時間為25-60分鐘。
5.根據權利要求4所述的方法，其中反應溫度為30℃，時間為30分鐘。
6.根據權利要求1所述的方法，其中的對合成季胺鹽復配製得緩蝕劑的步驟3).為將上一步合成的的季銨鹽，與總重量的5％～8％的丙炔醇常溫混合復配得到緩蝕劑。
7.用於高溫酸性介質中的鋼鐵緩蝕劑，其特徵在於該緩蝕劑先由曼尼希反應合成酮醛胺縮合物轉化生成季胺鹽作為緩蝕劑主劑，主劑與丙炔醇復配後製得。
8.權利要求7所述的用於高溫酸性介質中的鋼鐵緩蝕劑，其特徵在於根據權利要求1-6中任一項所述的方法製備而成。
全文摘要
本發明公開一種用於高溫酸性介質中的鋼鐵緩蝕劑及其製備方法。其製備步驟為首先合成酮醛胺縮合物,再將其轉化為季胺鹽後與丙炔醇復配後製得。該系列反應溫度在80℃以下進行,反應容易控制,不需要特殊設備,幾乎沒有三廢排放。由此製備的緩蝕劑在160℃以下對20%鹽酸或土酸,以及在高溫和濃酸惡劣條件下都具有很好的緩蝕性能,且用量少生產方便。尤其適合作為油氣井酸化緩蝕劑。
文檔編號C23F11/14GK1388271SQ0210069
公開日2003年1月1日 申請日期2002年2月22日 優先權日2002年2月22日
發明者高建村, 彭政, 金文房 申請人:新疆石油學院