【摘 要】
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井筒积液与腐蚀是气田开发主要面临问题之一,目前均采用单一加入泡排剂方式解决井底积液问题和单一加入缓蚀剂方式解决腐蚀问题。但是,使用不同的化学试剂存在工艺复杂成本升高和药剂之间不配伍性等问题,为油气井开发带来很大阻碍。本文结合甜菜碱型两性泡排剂和咪唑啉缓蚀剂结构特点,合成了一系列具有起泡功能和缓蚀功能的缓蚀泡排剂主剂,研究了其起泡机理和缓蚀机理。结合了现场应用条件获得了新型一体化缓蚀泡排剂配方,研究
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井筒积液与腐蚀是气田开发主要面临问题之一,目前均采用单一加入泡排剂方式解决井底积液问题和单一加入缓蚀剂方式解决腐蚀问题。但是,使用不同的化学试剂存在工艺复杂成本升高和药剂之间不配伍性等问题,为油气井开发带来很大阻碍。本文结合甜菜碱型两性泡排剂和咪唑啉缓蚀剂结构特点,合成了一系列具有起泡功能和缓蚀功能的缓蚀泡排剂主剂,研究了其起泡机理和缓蚀机理。结合了现场应用条件获得了新型一体化缓蚀泡排剂配方,研究了配方起泡性能和缓蚀性能。为气井泡沫排水和防腐提供一种新思路和新方法。取得了以下研究结果:利用分子设计以不同烷基酸、三乙烯四胺和3-氯-2羟基丙磺酸钠为原料,经分子脱水,季铵化获得了一系列缓蚀泡排剂主剂。通过单因素实验和正交实验研究了反应时间、反应温度和物料物质的量比等因素对合成缓蚀泡排剂主剂的影响,获得缓蚀泡排剂主剂最佳合成工艺条件为:烷基酸与三乙烯四胺物质的量比为1:1.3,控制酰化温度150℃、环化温度190℃、真空度0.08MPa和反应时间7.5 h得到中间体,然后加入物质的量比n（3-氯-2羟基丙磺酸钠）:n（中间体）1.2:1试剂,保持反应温度为100-110℃、p H值为8-9和反应时间6-7 h即得缓蚀泡排剂主剂。通过改变烷基酸烷基链长度合成了五种缓蚀泡排剂主剂:MZL-8、MZL-10、MZL-12、MZL-14和MZL-16。利用红外光谱对合成五种缓蚀泡排剂主剂进行结构表征,在1470 cm-1出现咪唑啉环上C-N上弯曲吸收振动峰,2060 cm-1出现咪唑啉季铵盐特征吸收峰,表明成功了合成缓蚀泡排剂主剂。通过表面张力测试仪、动电位极化曲线、交流阻抗法、吸附热力学和扫描电镜探究五种缓蚀泡排剂主剂的起泡机理和缓蚀机理,结果可知:五种缓蚀泡排剂主剂具有较低表面张力和泡沫析液半衰期较大,表明其具有良好起泡性能,形成泡沫稳定性较强。五种缓蚀泡排剂主剂主要通过分子中咪唑啉环和烷基链吸附在金属表面达到缓蚀效果,在金属表面吸附过程是自发,符合吸附符合Langmuir吸附等温线,是一种抑制阳极为主缓蚀剂。利用罗氏泡沫仪、携液量装置和吴茵搅拌器和静态失重法探究五种缓蚀泡排剂主剂起泡性能和缓蚀性能,研究结果得出:五种缓蚀泡排剂主剂中,MZL-12泡排性能和缓蚀性能最佳。MZL-12形成泡沫具有一定耐盐性、耐甲醇性、耐温性能和凝析油。量子化学和分子动力学研究结果可知,烷基链长度能影响着缓蚀泡剂主剂在金属表面上吸附作用和溶液中氢离子扩散系数,烷基R=11MZL-12在金属表面上吸附能最大,溶液中氢离子扩散系数最小。基于目前油气田气井开发现状和要求,本文研究出具有良好泡排性能和缓蚀性能配方HSPP,配方为MZL-12:LHSB:水溶性咪唑啉:1631:三乙醇胺:乙二醇单丁醚:水=54.0:6.0:8.0:0.5:0.6:0.9:30。HSPP表面张力为28.52 m N/m,具有良好起泡性能,形成泡沫具有良好耐温性能、耐甲醇性能、耐盐性能和耐凝析油性能,携液量最高可以达到130m L以上,携液率达到75%以上。HSPP同时具有良好缓蚀性能,在80℃时,缓蚀率达到85%以上。缓蚀泡排剂可作为气井解决井筒积液与腐蚀新型技术进行现场推广应用。
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