咪唑啉類季胺鹽緩蝕劑的合成及性能評價

2011-06-21 12:43:12陳新萍趙美娟于海峰

塔里木大學學報 2011年2期

陳新萍王芳趙美娟于海峰

近年來，塔里木油田隨著開發利用的深入，產量逐年增加，與此同時，油套管腐蝕變形、破損等事故頻頻發生，嚴重影響正常生產。主要原因是含CO的深井開發和超深井的開發，含H2S腐蝕氣體的出現，含水量的增加，使井下的油套管的服役環境日益嚴峻。H2S的存在不僅會造成全面腐蝕和局部腐蝕，而且還會導致硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)和氫致開裂(HIC)等脆性斷裂事故，造成經濟損失巨大［1，5，6］。

塔里木油田和塔河油田厚油含S量和CO2含量都比較大，油田管網和采油設備腐蝕嚴重，經濟損失巨大。目前采用的緩蝕劑，緩蝕率不高且成本高昂，為此合成一種或數種高效，低成本的緩蝕劑迫在眉睫［2，7］。

咪唑啉類緩蝕劑一般由三部分組成［3］。具有1個含氮五元雜環，雜環上與N成鍵的含有具有不同活性基團(如酰胺官能團，胺基官能團，羥基等)的親水支鏈R，和含有不同碳鏈的烷基憎水支鏈R1。憎水支鏈除對其溶解性產生影響外，還能在遠離金屬表面形成一種有效的疏水層。不僅對電極表面起到一定外圍屏蔽作用，而且能阻礙參與腐蝕反應物再腐蝕，這類緩蝕劑主要靠氮原子吸附起緩蝕作用，廣泛用于油氣井中的吸附成膜［3］。而制備酰胺類緩蝕劑的化學路線有多種，從文獻報道的情況來看，以脂肪酸與氨反應合成脂肪酸酰胺的路線為主，在無催化劑存在時，脂肪酸與氨氣反應合成酰胺需要在高溫和高壓下進行［4］。

為解決塔河油田和塔里木油田目前腐蝕比較嚴重的狀況(目前所用緩蝕劑緩蝕率不足85%)，本實驗主要用有機化學合成的方法，用A酸及Y酸和二乙烯三胺或三乙烯四胺及氯化芐合成得到咪唑啉類季銨鹽緩蝕劑，并對其緩蝕效果進行了評價。

1 儀器與試劑

1.1 儀器設備

250mL三口瓶，量筒，冷凝管，尾接管，電熱套，藥匙，小燒杯，250℃溫度計，磁子，磨口玻璃塞，電子天平，20#鋼片，展開缸。

1.2 試劑色譜純

A酸:分析純;二乙烯三胺:分析純;三乙烯四胺:分析純;氯化芐:分析純;乙醇:色譜純

2 實驗方法

2.1 合成方法

［縮合反應］稱取一定量的A酸于三口瓶中，加入一定量的二乙烯三胺(或三乙烯四胺)，搖勻，裝好溫度計，用恒溫加熱套加熱。組裝好蒸餾裝置，蒸餾出的水用燒杯接收，首先在100℃—120℃下預熱反應1小時，然后升溫到180℃反應1小時，升溫到210℃反應2小時，有水蒸出，說明這時已縮合成環，得到A酸咪唑啉。

［季胺化］將合成的A酸咪唑啉中加入氯化芐，在一定量乙醇溶液中80－90℃下回流反應2小時，得到A酸咪唑啉季銨鹽。

2.2 緩蝕效果評價

實驗所用掛片材質為20#碳鋼，尺寸為73×12×2mm，用于穿線的孔位于掛片的一端，以蒸餾水樣通入飽和H2S作為腐蝕介質。實驗方法是參照石油天然氣行業標準SY/T5273－2000中的靜態掛片法進行的［10］。平均腐蝕速率的計算公式為用深度指標計算腐蝕速率，公式為:

式中Vc—腐蝕速率，mm/ah;

m1— 試片的原始質量，g;

m2—試片腐蝕后的質量g;

S—試片的面積，m2;

t— 實驗時間，h。

計算緩蝕劑的緩蝕效率，公式為:

式中Z—緩蝕效率，%;

V0—不加緩蝕劑的緩蝕速率，

Vc—加緩蝕劑后的緩蝕速率。

3 實驗結果與分析

3.1 緩蝕劑的合成與篩選

根據反應方程式確定A酸:二乙烯三胺(三乙烯四胺):氯化芐的比例范圍為 1.0:1.0:3.0—1.2:1.0:3.0，按照表1中的比例按照2.1所述方法合成了一系列的二乙烯三胺基咪唑啉季胺鹽。得到的產物溶液均勻，呈現淺棕褐色，放置數天，由于瓶內的有機溶劑揮發，部分凝結成固體，但顏色不均勻，成固體的部分顏色較深，呈灰黑色，水溶性較差。隨后，按照表3中的合成比例制得一系列的三乙烯四胺基咪唑啉季胺鹽，合成的緩蝕劑均呈淺褐色，有較好的水溶性。放置數天，有機溶劑揮發后，有較大的粘度。比較合成產品的顏色、水溶性以及產品粘度，并考慮到產品的成本確定了使用三乙烯四胺合成咪唑啉季銨鹽型緩蝕劑，合成的較好比例為1.15:1.0:2.5，1.15:1.0:3.0。