一种高温酸化缓蚀剂

摘要

本发明公开了一种高温酸化缓蚀剂，属于油气田开采防腐技术领域，该缓蚀剂包括组分缓蚀主剂、辅剂A和辅剂B。缓蚀主剂、辅剂A、辅剂B的质量比为10:3:1。将缓蚀主剂、辅剂A和辅剂B混合形成缓蚀剂，使用时用乙醇溶解成缓蚀剂溶液。缓蚀主剂的制备方法是：将氰基胍、4‑(((4‑氯吡啶‑2‑基)氧基)甲基)苯甲腈以及氢氧化钾在溶剂乙二醇单乙醚中，120℃条件下反应2小时，生成产物6‑(4‑(((4‑氯吡啶‑2‑基)氧基)甲基)苯甲腈)1,3,5‑三嗪‑2,4,二胺，即为缓蚀主剂。辅剂B由原料N，N‑二甲基胺、草酸在催化剂存在下，温度90℃反应6h制成。本发明的缓蚀剂在高温酸化环境下，具有溶解性好、吸附位点较多、缓蚀效率高、毒性小等优点。

权利要求

1.一种高温酸化缓蚀剂，其特征在于，包括组分缓蚀主剂、辅剂A和辅剂B；所述缓蚀主剂的分子结构式如下：

该缓蚀主剂的制备方法是：将氰基胍、4‑(((4‑氯吡啶‑2‑基)氧基)甲基)苯甲腈以及氢氧化钾放入烧瓶中混合均匀后，加入乙二醇单乙醚作为溶剂，加热至120℃条件下恒温反应

2小时，然后使用石油醚萃取提纯，再放入真空干燥箱中进行干燥，最后得到主体产物6‑(4‑(((4‑氯吡啶‑2‑基)氧基)甲基)苯甲腈)1,3,5‑三嗪‑2,4,二胺；

所述辅剂A的分子结构式如下：

所述辅剂B为高温增效剂。

2.如权利要求1所述的高温酸化缓蚀剂，其特征在于，所述辅剂B由原料N，N‑二甲基胺、草酸在催化剂CGP‑1存在下，温度90℃反应6h制成。

3.如权利要求2所述的高温酸化缓蚀剂，其特征在于，N，N‑二甲基胺、草酸、催化剂CGP‑

1的摩尔比为2∶6∶3。

4.如权利要求1所述的高温酸化缓蚀剂，其特征在于，所述缓蚀主剂、辅剂A、辅剂B的质量比为10:3:1。

5.如权利要求4所述的高温酸化缓蚀剂，其特征在于，将缓蚀主剂、辅剂A和辅剂B混合形成缓蚀剂，使用时用乙醇溶解成缓蚀剂溶液。

6.如权利要求1所述的高温酸化缓蚀剂，其特征在于，所述辅剂A的制备方法是：卤代α‑氨基酮与硫代碳酰肼在150℃条件下缩合反应1h，生成中间体1，中间体1经过亚硝酸钠的氧化反应生成中间体2，中间体2在过量盐酸中经过分子内部的偶联反应，生成6‑氨基‑7H‑四唑并[5，1‑b][1，3，4]‑噻二嗪，即为辅剂A。

说明书

一种高温酸化缓蚀剂

技术领域

[0001] 本发明涉及油气田开采防腐技术领域，尤其是一种新型环保的高温酸化缓蚀剂。

背景技术

[0002] 作为提高油气井单井产能的重要手段，酸化作业仍将会在深层、超深层油气藏开发中得到规模应用，但在高温、高酸液浓度(盐酸浓度20％)的条件下，酸液对井下管柱的腐
蚀风险将会大幅提升，最常用的解决办法就是加入缓蚀剂。

[0003] 缓蚀剂又被称为腐蚀抑制剂，是一种以适当的浓度和形式存在于环境(介质)中，可以预防或减缓材料腐蚀的化学物质或复合物。缓蚀剂具有成本低，操作简单，见效快，并
适合长期使用等特点。它作为一种经济、有效且通用性强的金属腐蚀控制方法，是油田系统
中最常用的防护措施之一。国内外在开发和研究酸化缓蚀剂方面做了大量的工作，但对于
适用于高温浓酸的高性能酸化缓蚀剂的报道极少，常用的酸化缓蚀剂产品在实际应用中仍
存在缓蚀效率不高、配伍性差、易沉淀、易分层等缺点，难以有效满足恶劣酸化工况井下管
柱腐蚀防护的需要。而且油藏改造领域现今使用的大部分高温酸化缓蚀剂存在溶解性差、
易结焦等缺点，而且常用的复合型高温酸化缓蚀剂主要是炔醇类缓蚀剂，炔醇类物质虽然
大大提高了产品的抗腐蚀性能，但具有价格昂贵，剧毒等缺点。因此，研究提高酸化缓蚀剂
性能指标对于实现井下管线等设备有效防腐尤为重要。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对现有缓蚀剂在高温酸化环境下存在的上述不足，提供一种使用高温酸化环境下的缓蚀剂。

[0005] 本发明提供的高温酸化缓蚀剂，其由缓蚀主剂、辅剂A和辅剂B组成。所述缓蚀主剂、辅剂A、辅剂B的质量比为10:3:1。将缓蚀主剂、辅剂A和辅剂B混合形成缓蚀剂，使用时用
乙醇溶解成缓蚀剂溶液。

[0006] 其中，所述缓蚀主剂的制备方法是：将氰基胍、4‑(((4‑氯吡啶‑2‑基)氧基)甲基)苯甲腈以及氢氧化钾在溶剂乙二醇单乙醚中，120℃条件下反应2小时，生成产物6‑(4‑
(((4‑氯吡啶‑2‑基)氧基)甲基)苯甲腈)1,3,5‑三嗪‑2,4,二胺，即为缓蚀主剂。缓蚀主剂的
分子结构式如下：

[0007]

[0008] 所述辅剂A的制备方法是：卤代α‑氨基酮与硫代碳酰肼在150℃条件下缩合反应1h，生成中间体1，中间体1经过亚硝酸钠的氧化反应生成中间体2，中间体2在过量盐酸中经
过分子内部的偶联反应，生成6‑氨基‑7H‑四唑并[5，1‑b][1，3，4]‑噻二嗪，即为辅剂A。辅剂
A的分子结构式如下：

[0009]

[0010] 所述辅剂B作为高温增效剂。辅剂B由原料N，N‑二甲基胺、草酸在催化剂CGP‑1存在下，温度90℃反应6h制成。N，N‑二甲基胺、草酸、催化剂的摩尔比为2∶6∶3。

[0011] 所述高温增效剂是通过与缓蚀主剂的协同效应来增强缓蚀效果，它是通过改变钢片表面的物理状态或化学键，同时通过高温、酸性条件的水解作用与部分缓蚀主剂形成络
合物，进一步增强缓蚀剂在铁表面的吸附作用，同时，因为高温增效剂为小分子，也可以填
补大分子缓蚀剂膜的空隙，使膜更加致密，从而提高在高温条件下的缓蚀效果。

[0012] 缓蚀剂吸附在金属表面形成缓蚀剂膜从而达到缓蚀效果的原理如下：

[0013] (1)相比于物理吸附来说，化学吸附作用力更强，因此大多数有机缓蚀剂和金属表面的作用力主要是通过化学吸附实现的，而化学吸附实质就是缓蚀剂分子或离子和金属表
面原子之间形成了配位键。

[0014] (2)根据铁原子的核外电子排布可知，铁原子表面有空的d轨道存在，而缓蚀剂所包含的N、O、S、P等原子存在孤对电子，会和铁原子的d轨道形成配位键，通过配位键这种化
学键的强作用力，使得缓蚀剂分子或离子牢固的吸附在金属表面，这种吸附被称为化学吸
附。

[0015] (3)对于含有共轭结构的双键、三键或苯环等不饱和的分子，共轭使得电子云在共轭结构上分散分布，这些电子亦可以向金属表面空的d轨道分散，形成配位键，这就是π键吸
附，这种吸附受位阻效应影响较大。另外，当不饱和键与极性基团相邻时，可与其形成共轭，
增髙电子云密度，并以平面结构吸附在金属表面，可以提高缓蚀剂的缓蚀效果，含有苯环的
化合物就属于比较典型的π键吸附型缓蚀剂。

[0016] 与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

[0017] 本发明的缓蚀剂适用于高温深井酸化施工的恶劣工况，提高其高温缓蚀综合性能。缓蚀主剂分子通过活性中性N、O、S杂原子及苯环大π键等与金属原子形成配位键，同时
伴有反馈键作用和物理吸附，形成主剂分子吸附膜，能够提供更多的吸附位点。辅剂A和辅
剂B(高温增效剂)属于小分子结构，此时在缓蚀主剂分子吸附膜孔隙或者无法构建主剂分
子膜的金属表面构建小区域吸附膜，增强了缓蚀剂膜的致密性，与主剂分子协同抑制高温
酸液对金属的腐蚀。并且该缓蚀剂具有环保无毒的特点。

[0018] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

具体实施方式

[0019] 以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

[0020] 实施例1

[0021] 制备缓蚀剂主剂的反应过程式如下：

[0022]

[0023] 缓蚀剂主剂的制备方法操作如下：

[0024] 将2.53mmol氰基胍、2.25mmol4‑(((4‑氯吡啶‑2‑基)氧基)甲基)苯甲腈以及2.53mmol氢氧化钾放入烧瓶中混合均匀后，加入80ml乙二醇单乙醚作为溶剂，加热至120℃
条件下恒温反应2小时，然后使用石油醚萃取提纯，再放入真空干燥箱中进行干燥，最后得
到主体产物6‑(4‑(((4‑氯吡啶‑2‑基)氧基)甲基)苯甲腈)1,3,5‑三嗪‑2,4,二胺。

[0025] 实施例2

[0026] 缓蚀剂的辅剂A的制备方法如下：

[0027] 总体采用一锅法，将1mol氯代α‑氨基酮与1.1mol硫代碳酰肼在150℃的条件下经过简单缩合反应1小时生成中间体1，之后放入2mol亚硝酸钠充分搅拌,发生氧化反应，反应
时间1.5h，生成中间体2，之后加入2mol盐酸并充分搅拌，发生分子内部的偶联反应，反应时
间1.5h，冷却至室温后,减压蒸馏、洗涤、过滤、干燥，最终得到产物6‑氨基‑7H‑四唑并[5，1‑
b][1，3，4]‑噻二嗪，即为辅剂A。反应过程式如下：

[0028]

[0029] 实施例3

[0030] 缓蚀剂的辅剂B(高温增效剂)的制备方法如下：

[0031] N，N‑二甲基胺、草酸、CGP‑1催化剂为原料制得高温增效剂，其合成条件为：N，N‑二甲基胺、草酸、CGP‑1催化剂摩尔比为2∶6∶3，反应温度90℃、反应时间6h，得到辅剂B。

[0032] 试验测试：

[0033] 将实施例1、2、3制备的三种缓蚀剂组分按照缓蚀主剂、辅剂A、辅剂B质量比10:3:1的比例进行混合均匀得到缓蚀剂。称取缓蚀剂之后，用足量的乙醇将缓蚀剂完全溶解后再
加入实验溶液中。

[0034] 采用旋转挂片法对N80钢进行腐蚀失重试验，旋转速率为60r/min。试验溶液的基液为质量浓度为3.5％NaCl溶液。在NaCl溶液中加入不同的酸液用来模拟腐蚀性溶液。试验
在高温高压釜内进行，在不同温度和压力条件下进行试验，试验时间4h。在试验开始前精准
称量每个挂片的重量，精确到0.0001g。试验之后取出挂片并记录挂片表面状态及腐蚀产物
分布。采用10％的柠檬酸三铵清洗挂片，之后用丙酮以及无水乙醇逐片清洗干净，并将挂片
放在干净的滤纸上，最后用冷风吹干，放在干燥器内干燥20min后称量，精确至0.0001g。根
据腐蚀前后质量差来计算腐蚀速率和缓蚀效率。试验条件控制及试验结果见表1。表1中缓
蚀剂质量分数指的是缓蚀主剂、辅剂A和辅剂B三者总质量在腐蚀性溶液中的质量百分数。

[0035] 表1、试验条件控制及试验结果数据

[0036]

[0037]

[0038] 由表中数据可以看出，本发明的缓蚀剂在高浓度酸高温条件下体现出显著的缓蚀效果，证明该缓蚀剂适用于高温浓酸环境下的金属防腐，是一种新型环保的高温酸化缓蚀
剂。

[0039] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人
员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰
为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质
对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。