一种不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂及其制备方法.pdf

本发明涉及一种不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂及其制备方法，属于海上采油油气集输管线腐蚀防护技术领域；本发明的缓蚀剂，由不对称双季铵盐化合物40~60％，低分子醇溶剂40~60％组成；其制备方法为：在反应器的乙醇溶液中，加入摩尔比为1.0：1.05含氮杂环化合物与环氧氯丙烷，85℃回流条件下，反应3~5小时，降温至55~65℃，加入长链烷基叔胺，继续反应2~4小时，得到不对称双季铵盐化合物，再称取不对称双季铵盐化合物和低分子醇溶剂，互相混合，搅拌均匀，即得到不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂；本发明所提供的缓蚀剂可用于海上油田油气集输管线的腐蚀防护，与破乳剂等药剂配伍性良好，适应性广，能够解决现场复杂工况条件下的腐蚀防护需要。

权利要求书
1.  一种不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂，其特征在于：由如下重量份的组分组成：不对称双季铵盐化合物40~60％，低分子醇溶剂40~60％。

2.  根据权利要求1所述一种不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂，其特征在于：所述不对称双季铵盐类化合物具有如下结构通式：

式中的n中碳原子数量为12、14、16或18。

3.  根据权利要求1所述一种不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂，其特征在于：所述低分子醇溶剂为甲醇或乙醇。

4.  一种不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）制备不对称双季铵盐化合物：在反应器的乙醇溶液中，按顺序加入摩尔比为1.0：1.05含氮杂环化合物与环氧氯丙烷，缓慢滴加环氧氯丙烷，在85℃回流条件下，反应3~5小时，降温至55~65℃，加入长链烷基叔胺，继续反应2~4小时，得到深红色均一粘稠液体，即为不对称双季铵盐化合物，备用；
（2）称取不对称双季铵盐化合物和低分子醇溶剂，将不对称双季铵盐化合物与低分子醇溶剂互相混合，搅拌均匀，即得到不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂。

5.  根据权利要求4所述一种不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述含氮杂环化合物为吡啶或喹啉。

6.  根据权利要求4所述一种不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述长链烷基叔胺为十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺或十八烷基二甲基叔胺。

说明书一种不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂及其制备方法，属于海上采油油气集输管线腐蚀防护技术领域。
背景技术
在海上石油天然气的开采过程中，CO2腐蚀是油气集输过程中遇到的最普遍的腐蚀形式，具有极强的腐蚀性，CO2水溶液能引起金属材料迅速腐蚀，使得管道设备发生早期失效。投加缓蚀剂是比较有效的腐蚀防护措施。缓蚀剂是一种在腐蚀介质中添加少量时就能使金属腐蚀速度显著降低的物质，添加缓蚀剂具有投资少、见效快、方便易行等优点，是防止金属腐蚀的重要手段。
近年来油井酸化缓蚀剂的研究和应用发展较快，缓蚀剂品种繁多，如粗吡啶、1901、1251、7461102、7707、7812、CT12等，这些缓蚀剂在特定条件下都能较好地发挥作用。但随着深井、超深井的开发,导致温度和压力进一步提高，且在相同的pH值下，由于CO2的总酸度比盐酸高，因此它对钢铁的腐蚀比盐酸还严重，其腐蚀速率可达7mm/a甚至更高，因此在高温条件下作业时CO2腐蚀严重的问题亟待解决。
目前国内外所使用的缓蚀剂基本上都是吸附型缓蚀剂，如链状有机胺及其衍生物，咪唑啉及其盐或咪唑啉衍生物季胺盐类，松香胺衍生物，普遍认为有机胺、有机胺盐、咪唑啉衍生物、季铵盐类缓蚀效果较好。常用的咪唑啉、酰胺类缓蚀剂通常水溶性较差，即使进行了水溶性改造或优化（如季铵化等），在现场使用过程中，往往与破乳剂等油气田化学添加剂不配伍，影响破乳剂等药剂的使用效果，并且难以最大程度发挥自身的缓蚀效果。
双季铵盐是近年来开始应用于金属缓释领域的一类新型的阳离子表面活性剂，由于其分子结构中含有两个疏水基和两个亲水基，较之传统的季铵盐具有低毒、较好的表面活性和良好的水溶性等特点。近年来，双季铵盐作为性能优良的缓蚀剂受到了广泛的关注，具有广阔的应用前景，但研究多集中在结构对称的双季铵盐方面，对于含杂环的不对称双季铵盐研究较少。
中国发明“一种复合缓蚀剂”，申请号201210208767.4公开了一种能够抑制二氧化碳、硫化物腐蚀及盐类、细菌等腐蚀的复合缓蚀剂，但是还是存在水溶性较差的问题，因此，提供一种制备方法简单，且缓蚀效果和水溶性较好的不对称类双季铵盐二氧化碳缓蚀剂的制备方法具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂及其制备方法，在现场使用的过程中，与破乳剂等药剂配伍性好、适应性广、现场不同工况条件下应用效果好、缓蚀性能优良，更能够在实际应用中发挥良好的腐蚀防护作用，能够解决现场复杂工况条件下的腐蚀防护需要，可用于海上油田油气集输管线的腐蚀防护。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂，由如下重量份的组分组成：不对称双季铵盐化合物40~60％，低分子醇溶剂40~60％。
所述不对称双季铵盐类化合物具有如下结构通式：

式中的n中碳原子数量为12、14、16或18。
所述低分子醇溶剂为甲醇或乙醇。
本发明还提供了一种不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）制备不对称双季铵盐化合物：在反应器的乙醇溶液中，按顺序加入摩尔比为1.0：1.05含氮杂环化合物与环氧氯丙烷，缓慢滴加环氧氯丙烷，在85℃回流条件下，反应3~5小时，降温至55~65℃，加入长链烷基叔胺，继续反应2~4小时，得到深红色均一粘稠液体，即为不对称双季铵盐化合物，备用；
（2）称取不对称双季铵盐化合物和低分子醇溶剂，将不对称双季铵盐化合物与低分子醇溶剂互相混合，搅拌均匀，即得到不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂。
步骤（1）所述含氮杂环化合物为吡啶或喹啉。
步骤（1）所述长链烷基叔胺为十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺或十八烷基二甲基叔胺。
本发明的有益效果是：
1.本发明采用含氮杂环化合物与环氧氯丙烷开环成盐，再与长链烷基叔胺进行季铵化反应而成不对称双季铵盐类化合物，分子中含有含氮杂环、双季铵基团等多个活性吸附中心，形成的有机吸附膜对碳钢具有更好的保护作用，可用于海上采油的集输管线。
2.本发明提供的缓蚀剂在高矿化度油气田产出液中具有良好的水溶性，无需用低分子醇等溶剂分散就可溶解。
3.本发明所提供的缓蚀剂可用于油气田含二氧化碳的油井、气井，地面集输管线，以及水处理系统设备管线的腐蚀防护。
具体实施方式
下面通过实例对本发明做进一步详细说明，这些实例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。
实施例1
（1）在反应器的乙醇溶液中，按顺序加入摩尔比为1.0：1.05喹啉与环氧氯丙烷，缓慢滴加环氧氯丙烷，在85℃回流条件下，反应3小时，降温至55℃，加入十四烷基二甲基叔胺，继续反应2小时，得到深红色均一粘稠液体，即为不对称双季铵盐化合物，备用；
（2）称取不对称双季铵盐化合物45%和甲醇55%，互相混合，搅拌均匀，即得到不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂。
实施例2
（1）在反应器的乙醇溶液中，按顺序加入摩尔比为1.0：1.05喹啉与环氧氯丙烷，缓慢滴加环氧氯丙烷，在85℃回流条件下，反应5小时，降温至65℃，加入十六烷基二甲基叔胺，继续反应4小时，得到深红色均一粘稠液体，即为不对称双季铵盐化合物，备用；
（2）称取不对称双季铵盐化合物46%和乙醇54%，互相混合，搅拌均匀，即得到不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂。
实施例3
（1）在反应器的乙醇溶液中，按顺序加入摩尔比为1.0：1.05喹啉与环氧氯丙烷，缓慢滴加环氧氯丙烷，在85℃回流条件下，反应4小时，降温至60℃，加入十八烷基二甲基叔胺，继续反应3小时，得到深红色均一粘稠液体，即为不对称双季铵盐化合物，备用；
（2）称取不对称双季铵盐化合物43%和乙醇57%，互相混合，搅拌均匀，即得到不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂。
实施例4
（1）在反应器的乙醇溶液中，按顺序加入摩尔比为1.0：1.05吡啶与环氧氯丙烷，缓慢滴加环氧氯丙烷，在85℃回流条件下，反应3小时，降温至65℃，加入十二烷基二甲基叔胺，继续反应3小时，得到深红色均一粘稠液体，即为不对称双季铵盐化合物，备用；
（2）称取不对称双季铵盐化合物50%和甲醇50%，互相混合，搅拌均匀，即得到不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂。
实施例5
（1）在反应器的乙醇溶液中，按顺序加入摩尔比为1.0：1.05吡啶与环氧氯丙烷，缓慢滴加环氧氯丙烷，在85℃回流条件下，反应5小时，降温至55℃，加入十六烷基二甲基叔胺，继续反应3小时，得到深红色均一粘稠液体，即为不对称双季铵盐化合物，备用；
（2）称取不对称双季铵盐化合物60%和乙醇40%，互相混合，搅拌均匀，即得到不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂。
为了检验本发明不对称双季铵盐类二氧化碳缓蚀剂在CO2环境中的缓蚀性能，进行了现场实验评价：
表1腐蚀速率测试
编号缓蚀剂用量（ppm）腐蚀速率（mm/a）实施例1400.037实施例2400.042实施例3400.030实施例4400.035实施例5400.041