CN107502318A - 一种高密度盐水完井液用复配缓蚀剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高密度盐水完井液用复配缓蚀剂及其制备方法，所述缓蚀剂主剂由1～5份缓蚀剂主剂A和10～20份缓蚀剂主剂B组成，二者重量比为1:3～10；其中，所述缓蚀剂主剂A为有机胺类缓蚀剂；所述缓蚀剂主剂B选用1‑己酸基‑喹啉季铵溴盐或1‑丙酸基‑喹啉季铵溴盐；还包括2～5份阳离子表面活性剂，1～3份非离子表面活性剂，15～35份互溶剂和40～60份水；该制备高密度盐水完井液用具备耐高温、耐浓盐水完井液、耐浓盐酸体系的腐蚀，缓蚀效果优良等特性；此外，该高密度盐水完井液的制备方法简单，原料来源广泛，有利于工业化应用和推广。
Description
技术领域
本发明涉及油田完井施工中的完井液体系用化学添加剂产品技术领域，特别涉及一种高密度盐水完井液用复配缓蚀剂及其制备方法。
背景技术
完井液是完井过程中使用的工作液，它的主要功能是平衡地层压力、携带悬浮固相颗粒、提高储层保护能力等。使用劣质完井液会使油井产能降低30％以上，造成地层损害。盐水完井液是经常使用的完井液体系，它是用无机盐作为主要化合物来配制体系，其优点是价格适中，完全溶解后，饱和溶液密度可以达到平衡地层压力的要求。但高密度(大于1.5g/cm3)盐水完井液体系往往都具有较高的腐蚀性(腐蚀性由于盐离子微电解所致)，对套管腐蚀的严重程度会造成危险，因此需要在高密度盐水完井液体系中加入缓蚀剂来降低盐水对套管的腐蚀。目前，常用的盐水完井液体系用的缓蚀剂主要包括有机胺类缓蚀剂和氰基无机化合物缓蚀剂等。品种单一，适温范围较窄，有时还由于配制环境温度较低导致与完井液体系相容性不好导致降低了防腐蚀的效果。因此，有必要开发新型的高密度盐水完井液用缓蚀剂产品来丰富缓蚀剂种类，同时实现提高其在高密度盐水完井液体系中的缓蚀速率，从而保证完井液在井下长久的平衡地层压力性能和提高储层保护能力的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种耐温范围广、缓蚀效果良好的高密度盐水完井液用复配缓蚀剂。
本发明的另一目的是提供一种制备上述高密度盐水完井液用复配缓蚀剂的制备方法。
为此，本发明技术方案如下：
一种高密度盐水完井液用复配缓蚀剂，包括缓蚀剂主剂，其具体由1～5份缓蚀剂主剂A和10～20份缓蚀剂主剂B组成，二者重量比为1:3～10；其中，
所述缓蚀剂主剂A为有机胺类缓蚀剂；
所述缓蚀剂主剂B为1-己酸基-喹啉季铵溴盐，其化学结构式如式I所示：
或1-丙酸基-喹啉季铵溴盐，其化学结构式如式II所示：
本发明采用将缓蚀剂主剂A和缓蚀剂主剂B复配的得到缓蚀剂主剂的原因在于：一方面，在完井液溶液中，如氯化钠、氯化钾、溴化钠、溴化钾等盐水完井液，或者酸性溶液中，如盐酸、土酸等，都含有有机阴离子Cl-、Br-、甚至有的还含有I-，他们对铁的腐蚀性都有抑制作用，由于吸附能力的不同，Br-的抑制作用要强于Cl-；另一方面，在完井液中，喹啉季铵盐与有机胺复配缓蚀剂与Cl-、Br-对铁腐蚀具有明显的缓蚀协同作用；因此它们联合吸附于铁表面以成膜覆盖效应阻止铁腐蚀的进行；基于此，本发明合成了两种具有Br-的喹啉类季铵溴盐并用作缓蚀剂与有机胺类缓蚀剂进行复配，使其充分展现其与无机阴离子的缓蚀协同作用，并得到一种同时具备耐高温、耐浓盐水完井液、耐浓盐酸体系的腐蚀，缓蚀效果优良等特性的高密度盐水完井液用复配缓蚀剂。
另外，盐水完井液除了要求添加缓蚀剂对井下腐蚀速率进行抑制外，其在井下由于需要存储长达几年甚至十几年，因此对向其内添加的缓蚀剂的稳定性也有一定的要求，本发明采用的缓蚀剂B中使用的1-己酸基-喹啉季铵溴盐或1-丙酸基-喹啉季铵溴盐的分子结构中，喹啉N原子上连接有含有一定C数的-COOH支链，抗氧化能力突出，有效提升该缓蚀剂的稳定性。
该高密度盐水完井液用复配缓蚀剂的具体配方，包括以下重量份的各组分：
优选，所述阳离子表面活性剂为十二烷基三甲基溴化胺、十二烷基二甲基苄基氯化铵、1-聚氨乙基-2-十一烷基咪唑啉盐酸盐、全氟锌酰胺基-1,2-亚乙基碘化吡啶或1-聚氧乙烯基-2-全氟锌烷基碘化咪唑啉。该阳离子表面活性剂如胺盐、吡啶、咪唑啉等都具有一定的抑制性，且其本身也起到一定的缓蚀促进效果。
优选，所述非离子表面活性剂为烷基聚氧乙烯醚、烷基苯酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚或十八胺聚氧乙烯醚，以进一步提高缓蚀剂在盐水完井液体系中的分散效果。
优选，所述互溶剂为乙二醇、丙醇、丙三醇、正丁醇或环己醇。
一种制备高密度盐水完井液用复配缓蚀剂的制备方法，步骤如下：
S1、由喹啉与3-溴丙酸反应，合成1-丙酸基-喹啉季铵溴盐，反应方程式如下：
或由喹啉与6-溴己酸反应，合成1-己酸基-喹啉季铵溴盐，反应方程式如下：
S2、将以重量份计的40～60份去离子水、15～35份互溶剂、10～20份1-丙酸基-喹啉季铵溴盐或1-己酸基-喹啉季铵溴盐和1～3份非离子表面活性剂加入到反应瓶中搅拌均匀，继续搅拌并升温至30～40℃反应1～2h；保温，继续加入1～5份有机胺类缓蚀剂和2～5份阳离子表面活性剂，并搅拌至混合均匀，冷却至室温即得到透明液态的复配缓蚀剂。
其中，所述1-丙酸基-喹啉季铵溴盐的制备方法为：将摩尔比为1:2～3的喹啉与3-溴丙酸溶解于丙酮中，避光60℃回流搅拌反应48h，冷却至室温，抽滤，滤饼用甲醇重结晶，所得白色晶体即为1-丙酸基-喹啉季铵溴盐。
优选，喹啉与3-溴丙酸的摩尔比为1:3。
所述1-己酸基-喹啉季铵溴盐的制备方法为：将摩尔比为1:2～3的喹啉与6-溴己酸溶解于二甲苯中，避光140℃回流搅拌反应60h，冷却至室温，除去上层清液，下层黑色的油状物用乙酸乙酯反复洗涤，然后用乙酸乙酯和无水乙醇的混合溶剂反复重结晶，真空干燥，所得白色晶体即为1-己酸基-喹啉季铵溴盐。
优选，喹啉与6-溴己酸的摩尔比为1:3。
该高密度盐水完井液用复配缓蚀剂在盐水完井液的加入量为1～2wt.％即可满足缓蚀效果。
与现有技术相比，该制备高密度盐水完井液用复配缓蚀剂用于高密度盐水完井液能够大大减少对N80金属套管的腐蚀，其适用温度80～150℃，适用范围广，且该复配缓蚀剂对储层无污染低伤害，对环境污染小，使用安全，保护了完井液在井下长久的稳定性和储层保护能力；此外，该高密度盐水完井液用复配缓蚀剂从缓蚀剂主剂到缓蚀剂成品制备方法均简单可行，原料成本低，适合在工业上推广和使用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
下述实施例1～5中除缓蚀剂主剂B，即1-丙酸基-喹啉季铵溴盐和1-己酸基-喹啉季铵溴盐为实验室制备外，其余组分包括用于制备缓蚀剂主剂B的原料均购买自市售产品了；其中，缓蚀剂主剂A(即有机胺类缓蚀剂)采用市售的CA101型缓蚀剂。
以下实施例1～5所用的1-丙酸基-喹啉季铵溴盐的制备方法为：
将摩尔比为1：3喹啉与3-溴丙酸溶解于丙酮中，避光60℃回流搅拌反应48h，冷却至室温，抽滤，滤饼用甲醇重结晶，所得固体真空干燥，得到白色晶体产物。
以下实施例1～5所用的1-己酸基-喹啉季铵溴盐的制备方法为：
将摩尔比为1：3喹啉与6-溴己酸溶解于二甲苯中，避光140℃回流搅拌反应60h，冷却至室温，除去上层清液，下层黑色的油状物用乙酸乙酯反复洗涤，然后用乙酸乙酯和无水乙醇的混合溶剂反复重结晶2～3次，所得固体真空干燥，最终得到白色晶体状产物。
实施例1
将50份去离子水、25份环己醇、18份1-己酸基-喹啉季铵溴盐、2份非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚加入到反应瓶中搅拌均匀，持续搅拌并升温至30℃反应2h，然后加入2份有机胺类缓蚀剂CA101、3份阳离子表面活性剂十二烷基二甲基苄基氯化铵，继续搅拌至均匀，冷却至室温得到透明液体，即得到高密度盐水完井液用复配缓蚀剂。
本实施例中各组分的加入份数均指重量份，以下实施例2～5同。
实施例2
将56份去离子水、20份正丁醇、15份1-丙酸基-喹啉季铵溴盐、3份非离子表面活性剂烷基聚氧乙烯醚加入到反应瓶中搅拌均匀，持续搅拌并升温至30℃反应1.5h，然后加入4份有机胺类缓蚀剂CA101、2份阳离子表面活性剂1-聚氧乙烯基-2-全氟锌烷基碘化咪唑啉，继续搅拌至均匀，冷却至室温得到透明液体，即得到高密度盐水完井液用复配缓蚀剂。
实施例3
将54份去离子水、17份丙三醇、20份1-丙酸基-喹啉季铵溴盐、1份非离子表面活性剂十八胺聚氧乙烯醚加入到反应瓶中搅拌均匀，持续搅拌并升温至35℃反应1.5h，然后加入3份有机胺类缓蚀剂CA101、5份阳离子表面活性剂1-聚氨乙基-2-十一烷基咪唑啉盐酸盐，继续搅拌至均匀，冷却至室温得到透明液体，即得到高密度盐水完井液用复配缓蚀剂。
实施例4
将44份去离子水、29份丙醇、15份1-己酸基-喹啉季铵溴盐、3份非离子表面活性剂烷基苯酚聚氧乙烯醚加入到反应瓶中搅拌均匀，持续搅拌并升温至40℃反应1h，然后加入5份有机胺类缓蚀剂CA101、4份阳离子表面活性剂1-聚氧乙烯基-2-全氟锌烷基碘化咪唑啉，搅拌均匀，冷却至室温得到透明液体，即得到高密度盐水完井液用复配缓蚀剂。
实施例5
将42份去离子水、35份乙二醇、14份1-丙酸基-喹啉季铵溴盐、2份非离子表面活性剂十八胺聚氧乙烯醚加入到反应瓶中搅拌均匀，持续搅拌并升温至40℃反应1.5h，然后加入3份有机胺类缓蚀剂CA101、4份阳离子表面活性剂十二烷基三甲基溴化胺，继续搅拌至均匀，冷却至室温得到透明液体，即得到高密度盐水完井液用复配缓蚀剂。
性能测试：
(一)缓蚀性能测试：
对上述实施例1～5制备的高密度盐水完井液用复配缓蚀剂分别溶于密度为1.8g/cm3的盐水完井液中并在80～150℃温度下对N80钢材的缓蚀速率进行测试。其中，盐水完井液的配方为：100份水+30份焦磷酸钾+230份加重剂+1份降滤失剂+0.5份增粘剂+1份提切剂；缓蚀剂加入量占盐水完井液总质量的1～2％。
测试条件：CO2分压1MPa，流速1M/s，500ppm。
测试结果如下表1所示。
表1：
从表1中测试结果可知，该高密度盐水完井液用复配缓蚀剂在80～150℃下加量为1～2wt.％时对应测得的缓蚀速率均小于0.3mm/a，满足高密度盐水完井液的缓蚀要求。
另外，在将实施例1～5制备的复配缓蚀剂加入到盐水完井液中混合过程中，缓蚀剂在盐水完井液中分散均匀，溶解速度快，与盐水体系表现出良好的配伍性；并且在混合过程中，缓蚀剂自身不起泡，可见无需在后续考虑对缓蚀剂的消泡问题。
(二)稳定性测试：
采用实施例3制备的复配缓蚀剂进行老化试验，其在密度为1.8g/cm3的盐水完井液中的加量为2wt.％；盐水完井液的配方与测试(一)中使用的相同。
依照石油行业标准进行老化试验，当老化出罐时发现，在140℃条件下，静止老化1～7天时，无析出水现象发生，玻璃棒自重到罐底，不黏棒，显示出良好的稳定性；静止老化10～15天时，析出水0.5～2cm，玻璃棒轻插到底，不黏棒；可见，该复配缓蚀剂加入到高密度完井液体系中，体系依然能保持很好的耐温稳定性，完全满足井下施工的要求。
Claims (8)
1.一种高密度盐水完井液用复配缓蚀剂，包括缓蚀剂主剂，其特征在于，所述缓蚀剂主剂由1～5份缓蚀剂主剂A和10～20份缓蚀剂主剂B组成，二者重量比为1:3～10；其中，
所述缓蚀剂主剂A为有机胺类缓蚀剂；
所述缓蚀剂主剂B选用1-己酸基-喹啉季铵溴盐，其化学结构式如式I所示：
或1-丙酸基-喹啉季铵溴盐，其化学结构式如式II所示
2.根据权利要求1所述的高密度盐水完井液用复配缓蚀剂，其特征在于，包括以下重量份的各组分：
3.根据权利要求2所述的高密度盐水完井液用复配缓蚀剂，其特征在于，所述阳离子表面活性剂为十二烷基三甲基溴化胺、十二烷基二甲基苄基氯化铵、1-聚氨乙基-2-十一烷基咪唑啉盐酸盐、全氟锌酰胺基-1,2-亚乙基碘化吡啶或1-聚氧乙烯基-2-全氟锌烷基碘化咪唑啉。
4.根据权利要求2所述的高密度盐水完井液用复配缓蚀剂，其特征在于，所述非离子表面活性剂为烷基聚氧乙烯醚、烷基苯酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚或十八胺聚氧乙烯醚。
5.根据权利要求2所述的高密度盐水完井液用复配缓蚀剂，其特征在于，所述互溶剂为乙二醇、丙醇、丙三醇、正丁醇或环己醇。
6.一种制备高密度盐水完井液用复配缓蚀剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
S1、由喹啉与3-溴丙酸反应，合成1-丙酸基-喹啉季铵溴盐，反应方程式如下：
或由喹啉与6-溴己酸反应，合成1-己酸基-喹啉季铵溴盐，反应方程式如下：
S2、将以重量份计的40～60份去离子水、15～35份互溶剂、10～20份1-丙酸基-喹啉季铵溴盐或1-己酸基-喹啉季铵溴盐和1～3份非离子表面活性剂加入到反应瓶中搅拌均匀，继续搅拌并升温至30～40℃反应1～2h；保温，继续加入1～5份有机胺类缓蚀剂和2～5份阳离子表面活性剂，并搅拌至混合均匀，冷却至室温即得到透明液态的复配缓蚀剂。
7.根据权利要求6所述的高密度盐水完井液用复配缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述1-丙酸基-喹啉季铵溴盐的制备方法为：将摩尔比为1:2～3的喹啉与3-溴丙酸溶解于丙酮中，避光60℃回流搅拌反应48h，冷却至室温，抽滤，滤饼用甲醇重结晶，所得白色晶体即为1-丙酸基-喹啉季铵溴盐。
8.根据权利要求6所述的高密度盐水完井液用复配缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述1-己酸基-喹啉季铵溴盐的制备方法为：将摩尔比为1:2～3的喹啉与6-溴己酸溶解于二甲苯中，避光140℃回流搅拌反应60h，冷却至室温，除去上层清液，下层黑色的油状物用乙酸乙酯反复洗涤，然后用乙酸乙酯和无水乙醇的混合溶剂反复重结晶，真空干燥，所得白色晶体即为1-己酸基-喹啉季铵溴盐。
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