咪唑啉类季胺盐缓蚀剂的合成及性能评价

2011-06-21陈新萍赵美娟于海峰

塔里木大学学报 2011年2期

陈新萍王芳赵美娟于海峰

近年来，塔里木油田随着开发利用的深入，产量逐年增加，与此同时，油套管腐蚀变形、破损等事故频频发生，严重影响正常生产。主要原因是含CO的深井开发和超深井的开发，含H2S腐蚀气体的出现，含水量的增加，使井下的油套管的服役环境日益严峻。H2S的存在不仅会造成全面腐蚀和局部腐蚀，而且还会导致硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)和氢致开裂(HIC)等脆性断裂事故，造成经济损失巨大［1，5，6］。

塔里木油田和塔河油田厚油含S量和CO2含量都比较大，油田管网和采油设备腐蚀严重，经济损失巨大。目前采用的缓蚀剂，缓蚀率不高且成本高昂，为此合成一种或数种高效，低成本的缓蚀剂迫在眉睫［2，7］。

咪唑啉类缓蚀剂一般由三部分组成［3］。具有1个含氮五元杂环，杂环上与N成键的含有具有不同活性基团(如酰胺官能团，胺基官能团，羟基等)的亲水支链R，和含有不同碳链的烷基憎水支链R1。憎水支链除对其溶解性产生影响外，还能在远离金属表面形成一种有效的疏水层。不仅对电极表面起到一定外围屏蔽作用，而且能阻碍参与腐蚀反应物再腐蚀，这类缓蚀剂主要靠氮原子吸附起缓蚀作用，广泛用于油气井中的吸附成膜［3］。而制备酰胺类缓蚀剂的化学路线有多种，从文献报道的情况来看，以脂肪酸与氨反应合成脂肪酸酰胺的路线为主，在无催化剂存在时，脂肪酸与氨气反应合成酰胺需要在高温和高压下进行［4］。

为解决塔河油田和塔里木油田目前腐蚀比较严重的状况(目前所用缓蚀剂缓蚀率不足85%)，本实验主要用有机化学合成的方法，用A酸及Y酸和二乙烯三胺或三乙烯四胺及氯化苄合成得到咪唑啉类季铵盐缓蚀剂，并对其缓蚀效果进行了评价。

1 仪器与试剂

1.1 仪器设备

250mL三口瓶，量筒，冷凝管，尾接管，电热套，药匙，小烧杯，250℃温度计，磁子，磨口玻璃塞，电子天平，20#钢片，展开缸。

1.2 试剂色谱纯

A酸:分析纯;二乙烯三胺:分析纯;三乙烯四胺:分析纯;氯化苄:分析纯;乙醇:色谱纯

2 实验方法

2.1 合成方法

［缩合反应］称取一定量的A酸于三口瓶中，加入一定量的二乙烯三胺(或三乙烯四胺)，摇匀，装好温度计，用恒温加热套加热。组装好蒸馏装置，蒸馏出的水用烧杯接收，首先在100℃—120℃下预热反应1小时，然后升温到180℃反应1小时，升温到210℃反应2小时，有水蒸出，说明这时已缩合成环，得到A酸咪唑啉。

［季胺化］将合成的A酸咪唑啉中加入氯化苄，在一定量乙醇溶液中80－90℃下回流反应2小时，得到A酸咪唑啉季铵盐。

2.2 缓蚀效果评价

实验所用挂片材质为20#碳钢，尺寸为73×12×2mm，用于穿线的孔位于挂片的一端，以蒸馏水样通入饱和H2S作为腐蚀介质。实验方法是参照石油天然气行业标准SY/T5273－2000中的静态挂片法进行的［10］。平均腐蚀速率的计算公式为用深度指标计算腐蚀速率，公式为:

式中Vc—腐蚀速率，mm/ah;

m1— 试片的原始质量，g;

m2—试片腐蚀后的质量g;

S—试片的面积，m2;

t— 实验时间，h。

计算缓蚀剂的缓蚀效率，公式为:

式中Z—缓蚀效率，%;

V0—不加缓蚀剂的缓蚀速率，

Vc—加缓蚀剂后的缓蚀速率。

3 实验结果与分析

3.1 缓蚀剂的合成与筛选

根据反应方程式确定A酸:二乙烯三胺(三乙烯四胺):氯化苄的比例范围为 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盐。得到的产物溶液均匀，呈现浅棕褐色，放置数天，由于瓶内的有机溶剂挥发，部分凝结成固体，但颜色不均匀，成固体的部分颜色较深，呈灰黑色，水溶性较差。随后，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盐，合成的缓蚀剂均呈浅褐色，有较好的水溶性。放置数天，有机溶剂挥发后，有较大的粘度。比较合成产品的颜色、水溶性以及产品粘度，并考虑到产品的成本确定了使用三乙烯四胺合成咪唑啉季铵盐型缓蚀剂，合成的较好比例为1.15:1.0:2.5，1.15:1.0:3.0。