一种多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及缓蚀剂材料
技术领域：
，具体涉及一种多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂及其制备方法和应用。
背景技术：
注气驱开采在油田提高采收率中具有广泛的应用。我国油田注气驱开采过程中采用的氮气驱技术，由于成本和施工原因，注入氮气中常含有一定量的氧气，同时注入的地层水多为高矿化度地层水，常规缓蚀剂存在溶解性差，相容性差，在地层水中吸附成膜慢。目前针对注气井中性介质中氧腐蚀的缓蚀剂种类少，氧化型缓蚀剂虽然可以抑制中性介质中的碳钢腐蚀，但其用量高、成本高，尤其是当用量低于临界浓度时反而会加速局部点蚀；沉淀型缓蚀剂虽然能有效在碳钢表面的阴极区域形成沉淀膜，但注气过程中冲刷作用导致成膜稳定性差，加速腐蚀；有机吸附类缓蚀剂多存在与高矿化度地层水配伍性差、溶解度差等情况，常规的咪唑啉类缓蚀剂多用于co2腐蚀防护中，曼尼希碱缓蚀剂多用于酸化，脂肪胺、席夫碱水溶性差；因此，研发一种性能优异的注气井用抗氧型缓蚀剂成为了目前缓蚀剂研究领域的新的发展方向。技术实现要素：针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂及其制备方法和应用，该制备方法简单可行，制得的缓蚀剂耐氧耐高温且无毒。为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：将三聚氯氰溶于有机溶剂中，得溶液a；将有机胺加入有机溶剂中，得溶液b；于0-5℃条件下将溶液b缓慢滴加到溶液a中，搅拌反应2-3h，然后升温至30-45℃反应4-6h，再升温至70-80℃反应8-12h；冷却至室温后，过滤、洗涤、干燥，制得；其中，有机胺为叔氮杂环胺类化合物。进一步地，有机溶剂为丙酮、乙醇或乙酸乙酯。进一步地，三聚氯氰和有机胺的摩尔比为1:2-4。进一步地，三聚氯氰和有机胺的摩尔比为1:3。进一步地，有机胺为吡啶或喹啉。进一步地，在0℃条件下将溶液b缓慢滴加到溶液a中，搅拌反应2h，然后升温至45℃反应4h，再升温至80℃反应8h。进一步地，溶液b的滴加速度为15-20ml/min。上述方法制备得到的多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂在抑制油田注气井碳钢腐蚀中的应用。本发明提供的多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂及其制备方法和应用，具有以下有益效果：本发明制备方法简单，在制备过程中，三聚氯氰与吡啶、喹啉等进行反应，生成的产物中具有多个杂环，杂环上的大π键与金属(油田采出水回注工艺中所用管材)上的空轨道形成配位键，紧紧地吸附在金属表面，形成稳定的吸附膜；同时杂环上还含有多个氮原子，氮原子具有孤对电子，能与铁原子上的空轨道形成杂化轨道，二者形成较强的吸附性，进一步加强了吸附膜的稳定性，延缓了其管材腐蚀。油田上高矿化度盐水中的缓蚀剂研究较少，效果也较差，抗氧腐蚀一直是一个很难的课题，高温养腐蚀没有很好的解决方法，而本发明制得的缓蚀剂无毒无味，是一种环保型的缓蚀剂，具有很好的抗氧腐蚀效果，同时在高温下也具有良好的缓蚀性能，使用该缓蚀剂作为注气井抗氧缓蚀剂时，在高矿化度地层水中具有良好的溶解性，对注气井碳钢的氧腐蚀有明显的抑制作用，能在油田采出水回注工艺中，起到保护管材的作用，推动油田采出水回注的广泛使用。附图说明图1为本发明制得的多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂的红外图谱。图2为本发明制得的多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂的质谱图。具体实施方式实施例1一种多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将3.08g三聚氯氰加入到250ml三颈烧瓶中，同时加入30ml丙酮做溶剂，混匀；(2)将4g吡啶溶于50ml丙酮中，于冰水浴条件下将其以15ml/min的速度缓慢滴加到步骤(1)所得物中，滴加结束后继续反应2h，然后升温至30℃继续反应4h，再升温至70℃回流反应8h，冷却至室温后过滤得到沉淀，用50ml无水乙醇洗涤沉淀3次，在50℃下干燥6h，得到白色固体产物，即多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂。上述反应式如下：对所得产物进行红外光谱检测，其红外图谱结果见图1。由图1可知，1547cm-1为三嗪环c＝n键的振动，1633cm-1、1547cm-1处为芳杂环振动，1486cm-1、1401cm-1、828cm-1处为三嗪环的特征振动，1392cm-1处为季铵盐c-n键振动，说明季铵化反应进行。对所得产物进行质谱分析，其质谱图结果见图2。由图2可知，m/z出峰处为315.1358，与缓蚀剂分子中阳离子部分的分子量相吻合，加上氯离子后分子量与目标产物分子量一致，说明产物与预期产物相符合。实施例2一种多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将3.08g三聚氯氰加入到250ml三颈烧瓶中，同时加入30ml乙酸乙酯做溶剂，混匀；(2)将6.5g喹啉溶于50ml丙酮中，于冰水浴条件下将其以15ml/min的速度缓慢滴加到步骤(1)所得物中，滴加结束后继续反应2h，然后升温至45℃继续反应4h，再升温至80℃回流反应8h，冷却至室温后过滤得到沉淀，用50ml无水乙醇洗涤沉淀3次，在50℃下干燥6h，得到白色固体产物，即多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂。上述反应式如下：实施例3一种多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将3.08g三聚氯氰加入到250ml三颈烧瓶中，同时加入30ml乙酸乙酯做溶剂，混匀；(2)将4.4g喹啉溶于50ml丙酮中，于冰水浴条件下将其以17ml/min的速度缓慢滴加到步骤(1)所得物中，滴加结束后继续反应3h，然后升温至30℃继续反应6h，再升温至80℃回流反应12h，冷却至室温后过滤得到沉淀，用50ml无水乙醇洗涤沉淀3次，在50℃下干燥6h，得到白色固体产物，即多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂。实施例4一种多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将3.08g三聚氯氰加入到250ml三颈烧瓶中，同时加入30ml乙酸乙酯做溶剂，混匀；(2)将8.6g喹啉溶于50ml丙酮中，于5℃条件下将其以18ml/min的速度缓慢滴加到步骤(1)所得物中，滴加结束后继续反应2h，然后升温至40℃继续反应5h，再升温至75℃回流反应10h，冷却至室温后过滤得到沉淀，用50ml无水乙醇洗涤沉淀3次，在50℃下干燥6h，得到白色固体产物，即多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂。实施例5一种多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将3.08g三聚氯氰加入到250ml三颈烧瓶中，同时加入30ml丙酮做溶剂，混匀；(2)将3g吡啶溶于50ml丙酮中，于冰水浴条件下将其以20ml/min的速度缓慢滴加到步骤(1)所得物中，滴加结束后继续反应3h，然后升温至45℃继续反应4h，再升温至80℃回流反应12h，冷却至室温后过滤得到沉淀，用50ml无水乙醇洗涤沉淀3次，在50℃下干燥6h，得到白色固体产物，即多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂。对比例1一种多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将3.08g三聚氯氰加入到250ml三颈烧瓶中，同时加入30ml丙酮做溶剂，混匀；(2)将4g吡啶溶于50ml丙酮中，于冰水浴条件下将其直接加到步骤(1)所得物中，然后升温至70℃反应12h，冷却至室温后过滤得到沉淀，用50ml无水乙醇洗涤沉淀3次，在50℃下干燥6h，得到白色固体产物，即多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂。对比例2一种多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将3.08g三聚氯氰加入到250ml三颈烧瓶中，同时加入30ml乙酸乙酯做溶剂，混匀；(2)将6.5g喹啉溶于50ml丙酮中，于冰水浴条件下将其直接加到步骤(1)所得物中，然后升温至80℃反应12h，冷却至室温后过滤得到沉淀，用50ml无水乙醇洗涤沉淀3次，在50℃下干燥6h，得到白色固体产物，即多杂环三聚氯氰抗氧缓蚀剂。试验例1缓蚀剂的水溶性测定测定实施例1-5和对比例1-2制得的缓蚀剂的水溶性，具体过程为：分别称取各缓蚀剂0.1g，分别溶于缓蚀剂200ml模拟采出水(西北地区油田采出水为标准配制模拟采出水)中，搅拌，观察其溶解情况，其结果见表1。表1本发明缓蚀剂的水溶性结果水溶性外观实施例1易溶的无色透明液体实施例2易溶的无色透明液体实施例3易溶的无色透明液体实施例4易溶的无色透明液体实施例5易溶的无色透明液体由表1可知，本发明制得的缓蚀剂水溶性较优异。试验例2缓蚀剂的缓蚀性能测定以西北地区油田采出水为标准配制模拟采出水，将其作为腐蚀介质(总矿化度为220000mg/l，ca2+浓度为12000mg/l，mg2+浓度为1200mg/l)，1％氧含量条件下，采用p110碳钢，于120℃通过72h腐蚀挂片实验测定本发明制得的缓蚀剂和市售的同类产品jhj和mnx的缓蚀性能，缓蚀剂用量均为500ppm，其结果见表2。表2本发明缓蚀剂和市售缓蚀剂的缓蚀性能测定结果由表2可知，以高矿化度地层水为腐蚀介质，在120℃、1％氧含量条件下，加入等量的本发明缓蚀剂、对比例1-2制得的缓蚀剂与市售的同类产品缓蚀剂，本发明缓蚀剂、对比例1-2制得的缓蚀剂与市售的同类产品缓蚀剂均具有缓蚀作用，但本发明制得的缓蚀剂的缓蚀率明显优于市售的缓蚀剂和对比例1-2制得的缓蚀剂，说明只有通过本发明方法制得的缓蚀剂，其缓蚀效率才最佳。试验例3缓蚀剂的缓蚀性能测定以西北地区油田采出水为标准配制模拟采出水，将其作为腐蚀介质(总矿化度为220000mg/l，ca2+浓度为12000mg/l，mg2+浓度为1200mg/l)，1％氧含量，采用p110s碳钢，于120℃通过72h腐蚀挂片实验测定本发明制得的缓蚀剂和市售的同类产品jhj和mnx的缓蚀性能，缓蚀剂用量均为500ppm，其结果见表3。表3本发明缓蚀剂和市售缓蚀剂的缓蚀性能测定由表3可知，以高矿化度地层水为腐蚀介质，在120℃、1％氧含量条件下，加入等量的本发明缓蚀剂、对比例1-2制得的缓蚀剂与市售的同类产品缓蚀剂，本发明缓蚀剂、对比例1-2制得的缓蚀剂与市售的同类产品缓蚀剂均具有缓蚀作用，但本发明制得的缓蚀剂的缓蚀率明显优于市售的缓蚀剂和对比例1-2制得的缓蚀剂，说明只有通过本发明方法制得的缓蚀剂，其缓蚀效率才最佳。综上所述，本发明制备工艺简单可行，在合成过程中采用有机溶剂溶解三聚氯氰和有机胺，避免了三聚氯氰和有机胺的水解，使得制得的缓蚀剂产品纯度高，该缓蚀剂为离子型，在高矿化度地层水中具有良好的水溶性，在120℃、1％氧含量条件下，对注气井碳钢的腐蚀有明显的抑制作用，且挂片酸洗后表面平整，无明显点蚀，说明本发明制得的缓蚀剂具有耐氧耐高温特性。当前第1页12