氟碳間二氮雜環(huán)戊烯季銨鹽合成與抑制油井腐蝕的應(yīng)用研究.pdf

1、在油田開采過程中,由于油井采出液含有大量污水和腐蝕介質(zhì),對原油的采、集、輸、煉等設(shè)備會造成嚴(yán)重腐蝕,導(dǎo)致環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)損失。尋求有效防止采出液對設(shè)備腐蝕的技術(shù),已成為保證油田正常生產(chǎn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本論文目的是通過對油田采出液腐蝕機(jī)理和應(yīng)用緩蝕劑防腐蝕的緩蝕機(jī)理的研究,合成一種多功能,高效、低毒的氟碳間二氮雜環(huán)戊烯季銨鹽化合物作為油井緩蝕劑主劑,復(fù)配其它助劑形成高效的油井采出液緩蝕劑,能夠有效、全方位、系統(tǒng)的抑制采出液中腐蝕介質(zhì)對采、集、

2、輸、煉等設(shè)備腐蝕。主要結(jié)果概括為:
　　 1.通過對油田采出液所含腐蝕介質(zhì)成份的分析,研究了其對金屬設(shè)備的腐蝕機(jī)理。因采出液的水中溶解有Ca2+、Mg2+、O2、CO2、SO42-、C1-、HCO3-、H2S、SRB（硫酸鹽還原菌）等腐蝕介質(zhì),對金屬設(shè)備進(jìn)行腐蝕,屬于礦物離子引起的電化學(xué)腐蝕、細(xì)菌參與的微生物腐蝕、以及機(jī)械應(yīng)力腐蝕等機(jī)理的交叉腐蝕。
　　 2.根據(jù)油田采出液腐蝕機(jī)理結(jié)果,有針對性的選擇緩蝕劑來抑制采出液對

3、設(shè)備腐蝕。并根據(jù)緩蝕劑的緩蝕機(jī)理,設(shè)計、研制了具有高效緩蝕、殺菌性能分子結(jié)構(gòu)的氟碳間二氮雜環(huán)戊烯季銨鹽化合物為緩蝕劑主劑。研究了該化合物的合成機(jī)理,質(zhì)子催化合成工藝,化合物表征。結(jié)果表明,以多胺、全氟A酸為原料,以介孔氧化鋁釔分子篩負(fù)載磷鎢酸為催化劑,在130℃,反應(yīng)9h后,合成了氟碳間二氮雜環(huán)戊烯,以紫外光譜法測定其含量,產(chǎn)品收率可達(dá)96％。將上步合成的氟碳間二氮雜環(huán)戊烯和烷化劑按摩爾比1:1,溫度控制在90-100℃之間,反應(yīng)10小

4、時后即得目標(biāo)化合物,收率可達(dá)84.6％。通過紅外光譜,色/質(zhì)聯(lián)動、13C核磁共振譜圖、對合成物進(jìn)行表征,分子量為481,與理論完全相符。
　　 3.對合成中間體氟碳間二氮雜環(huán)戊烯所用介孔氧化鋁釔分子篩負(fù)載磷鎢酸催化劑的合成工藝進(jìn)行了研究。以尿素為沉淀劑,SDS為模板劑,采用均相沉淀法制備的介孔氧化鋁釔分子篩負(fù)載磷鎢酸催化劑,產(chǎn)品的比表面積大(627.43m2/g),孔徑分布窄（集中在Snm左右）,且孔道大小均勻、形狀規(guī)整。通過成

5、熟的間二氮雜環(huán)戊烯合成反應(yīng)工藝驗證了該催化劑具有較強(qiáng)的催化活性,為氟碳間二氮雜環(huán)戊烯的合成提供了理論基礎(chǔ)。
　　 4.為了快速、定量測試氟碳間二氮雜環(huán)戊烯中間體的含量,利用其在波長2lOnm紫外區(qū)處有最大吸收這一特性,研究了一種紫外光譜法測試方法。氟碳間二氮雜環(huán)戊烯的吸光度與其在0.005～0.030mg/mL濃度范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系,線性相關(guān)系數(shù)R2=0.99882。平均回收率為99.72％,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)在0.8～

6、2.0％之間,可以用于日常生產(chǎn)的質(zhì)量控制。
　　 5.氟碳間二氮雜環(huán)戊烯季銨鹽化合物是一個新的化合物,本文對其物化特性進(jìn)行了測試。該化合物在加熱到220℃時,開始進(jìn)行開鏈分解,400℃完全分解,有較高的熱穩(wěn)定性。添加量為水的萬分之五的情況下,就可使水的表面張力由81.6 mN/M降到22.04mN/m。其I臨界膠束濃度(CMC)為100mg/L。該氟碳間二氮雜環(huán)戊烯季銨鹽在硫酸,和硫酸、氧化鉻的混合液（98％硫酸/氧化鉻=100

7、/1）,堿性（飽和NaOH水溶液）等溶液中放置10天,表面張力無變化,說明該化合物有較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性。
　　 6.氟碳間二氮雜環(huán)戊烯季銨鹽對于硫酸鹽還原菌的具有優(yōu)良的殺菌性能。本文將該化合物與1227、異噻唑啉酮、碳?xì)溟g二氮雜環(huán)戊烯季銨鹽做了比較試驗,該化合物殺菌效率最高。添加量為30 mg/L時,就可將硫酸鹽還原菌全部殺死,殺菌率達(dá)到l00％。經(jīng)過霍恩氏法Wistar大鼠徑口急性毒性試驗檢測,結(jié)果顯示為LDso為1046.4l

8、mg/kg,說明該化合物為低毒級。
　　 7.本文研究了氟碳間二氮雜環(huán)戊烯季銨鹽的緩蝕機(jī)理,該化合物分子結(jié)構(gòu)中含有伯N,仲N,叔N,季N基團(tuán)和氟碳疏水基,以及含有苯環(huán)的芐基基團(tuán)等多個中心原子。不但能與金屬原子形成配位鍵,而且能形成多點(diǎn)吸附,形成更穩(wěn)定的吸附膜。吸附機(jī)理符合有機(jī)吸附型緩蝕劑所有的吸附機(jī)理。其氟碳疏水基有很低的表面張力,可比普通烷烴更有效地阻止腐蝕介質(zhì)到達(dá)金屬表面。當(dāng)添加量為普通緩蝕劑的1/600量時,可使普通緩蝕劑

9、的緩蝕率由64.4％,提高到91.2％,說明其緩蝕效率很高。
　　 8.通過加標(biāo)回收率法,分析了油田污水中含油、水質(zhì)硬度、破乳劑等因素對鄰菲羅啉分光光度法測定鐵含量的結(jié)果影響。結(jié)果顯示,采出水中含油量對該方法檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性有較大影響,其原因是油污嚴(yán)重影響了透光率,使測定結(jié)果偏大。其余破乳劑、水質(zhì)硬度、油田污水等因素對測定結(jié)果影響不大。
　　 9.通過油田現(xiàn)場應(yīng)用試驗對氟碳間二氮雜環(huán)戊烯緩蝕劑抑制采出液腐蝕井下設(shè)備的評判