[發明專利]一種應用在乳酸腐蝕體系中的季銨鹽緩蝕劑

在審

• 申請號: 202211217424.4
• 申請日: 2022-10-04
• 公開（公告）號: CN115557950A
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發明（設計）人: 張曉云;蘇雨欣;陳文婷;尹越;管爍
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C07D471/14
• 分類號: C07D471/14;C09K8/54;C09K8/74;C23F11/16
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本發明提供了一種在乳酸腐蝕介質中的高效緩蝕劑噻唑氯化喹啉季銨鹽(TQD)。目前油井開采過程中使用的酸化液多為鹽酸、土酸等強酸。乳酸作為一種強螯合酸，可進入地層深處，延長酸化有效期，更有效的溶蝕地層堵塞物。但是對于應用在乳酸環境中的緩蝕劑卻少有研究。本發明提供了一種在乳酸環境中可以抑制酸液對管道設施造成腐蝕的季銨鹽緩蝕劑。

技術領域

本發明屬于酸化緩蝕劑材料技術領域，具體涉及一種稠環季銨鹽作為抑制乳酸酸化體系中腐蝕現象的高效緩蝕劑。

背景技術

酸化是目前常用的油井增注技術，利用酸液溶解腐蝕地層巖石，改善地層滲透率，提高油氣流動性來達到油井增產的目的。與其他無機酸相比，鹽酸和氫氟酸酸化效果顯著且成本較低，因此常選擇其作為酸化液。但常規土酸(鹽酸與氫氟酸的混合液)酸巖反應速率快，有效酸化作用范圍小，且易產生二次污染。而螯合酸具有酸化有效期長、作用半徑大；有效溶蝕無機垢；抑制金屬離子二次沉淀等優點。二者相比，螯合酸體系可以有效緩解使用土酸作為酸化液時造成的危害，因此得到廣泛關注以及大力發展。檸檬酸、有機磷酸和乳酸等可用作螯合酸。其中，乳酸制備方法簡單，且原料易得，因此常作為螯合劑來配制油井開采過程中所用的酸化液。在乳酸水溶液中，其羧基釋放出一個質子生成乳酸根離子CH₃CH(OH)COO^-，該負電基團可與帶正電的金屬離子基團如Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺等結合，形成穩定的絡合物，進而抑制金屬離子的二、三次沉淀。其次，乳酸為弱酸，其氫離子隨著酸化過程的進行逐漸釋放，因此乳酸具有緩速性能，可進入地層深處解堵，延長有效作用時間，擴大作用半徑。乳酸雖為弱酸(pKa＝3.8)，但在高溫高壓的復雜環境下仍然會對金屬管道設備造成嚴重的腐蝕。

在酸化液中加入緩蝕劑是油井開采過程中常用的防腐手段。目前國內外的科研工作者在緩蝕劑新品種的開發以及應用方面取得了巨大成果，常見的酸化緩蝕劑多應用于鹽酸、硫酸等強酸介質，但在強酸介質中性能優異的緩蝕劑未必在乳酸環境中具有緩蝕效果。例如氯化芐基喹啉衍生物(BQD)是鹽酸中的高效緩蝕劑，但是在乳酸酸化環境下緩蝕效果極差。目前對于應用在乳酸腐蝕環境中的緩蝕劑少有報道。因此本發明研制出一種應用在乳酸腐蝕環境中的高效酸化緩蝕劑是十分有意義的。

發明內容

本發明提供了一種噻唑氯化喹啉季銨鹽(TQD)(后續文中出現該緩蝕劑皆用簡稱TQD表示)作為抑制乳酸酸化體系中腐蝕現象的緩蝕劑。目前對于應用在螯合酸體系中的緩蝕劑少有報道，且常見酸化緩蝕劑在乳酸環境中對低碳鋼的緩蝕效果較差。TQD則可以解決該問題，是適用于乳酸腐蝕環境中的季銨鹽緩蝕劑。

為有效解決上述問題，本發明提供了一種應用在乳酸酸化體系中的季銨鹽緩蝕劑TQD，所述緩蝕劑分子的結構式如下：

上述酸化緩蝕劑的合成路線，具體步驟如下：

(1)將4-氯甲基噻唑鹽酸鹽、喹啉加入裝有冷凝裝置的三口燒瓶中，再加入適量乙腈作為溶劑。升溫至70℃，在30分鐘內向反應體系中逐滴加入碳酸氫鈉水溶液，喹啉、噻唑、碳酸氫鈉的物質的量之比為1.2:1:2。持續攪拌4小時，反應結束后將混合物靜置分液，取上層有機相，減壓蒸餾除去溶劑后可得粗產品，反應路線如下：

(2)將反應結束后得到的TQD粗產品經柱層析分離(層析液組成為乙酸乙酯：甲醇＝5:1)進行提純，即可得到橙色的TQD溶液，減壓蒸餾脫除溶劑后真空干燥，即可得到目標產物。

本發明中的酸化緩蝕劑由喹啉和氯甲基噻唑合成，其分子結構中的N原子以及富含π電子的苯環結構能夠與鐵表面的空d軌道進行配位，使緩蝕劑分子與金屬表面之間的吸附更加緊密。而相對于其他常見的緩蝕劑如氯化芐基喹啉(BQC)、氯化芐基喹啉衍生物(BQD)，該緩蝕劑分子中含有供電子能力更強的S原子，使其更易吸附在鐵表面形成保護膜，進而避免酸液與鐵表面直接接觸，起到保護金屬的作用。