氟碳間二氮雜環(huán)戊烯季銨鹽合成與抑制油井腐蝕的應用研究.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,對原油的采、集、輸、煉等設備會造成嚴重腐蝕,導致環(huán)境污染和經(jīng)濟損失。尋求有效防止采出液對設備腐蝕的技術,已成為保證油田正常生產(chǎn)的重點和難點。本論文目的是通過對油田采出液腐蝕機理和應用緩蝕劑防腐蝕的緩蝕機理的研究,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對采、集、

2、輸、煉等設備腐蝕。主要結果概括為:
　　 1.通過對油田采出液所含腐蝕介質成份的分析,研究了其對金屬設備的腐蝕機理。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,對金屬設備進行腐蝕,屬于礦物離子引起的電化學腐蝕、細菌參與的微生物腐蝕、以及機械應力腐蝕等機理的交叉腐蝕。
　　 2.根據(jù)油田采出液腐蝕機理結果,有針對性的選擇緩蝕劑來抑制采出液對

3、設備腐蝕。并根據(jù)緩蝕劑的緩蝕機理,設計、研制了具有高效緩蝕、殺菌性能分子結構的氟碳間二氮雜環(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理,質子催化合成工藝,化合物表征。結果表明,以多胺、全氟A酸為原料,以介孔氧化鋁釔分子篩負載磷鎢酸為催化劑,在130℃,反應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10小

4、時后即得目標化合物,收率可達84.6％。通過紅外光譜,色/質聯(lián)動、13C核磁共振譜圖、對合成物進行表征,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載磷鎢酸催化劑的合成工藝進行了研究。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)戊烯合成反應工藝驗證了該催化劑具有較強的催化活性,為氟碳間二氮雜環(huán)戊烯的合成提供了理論基礎。
　　 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)呈良好的線性關系,線性相關系數(shù)R2=0.99882。平均回收率為99.72％,相對標準偏差(RSD)在0.8～

6、2.0％之間,可以用于日常生產(chǎn)的質量控制。
　　 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行了測試。該化合物在加熱到220℃時,開始進行開鏈分解,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的化學穩(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、碳氫間二氮雜環(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,殺菌率達到l00％。經(jīng)過霍恩氏法Wistar大鼠徑口急性毒性試驗檢測,結果顯示為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理,該化合物分子結構中含有伯N,仲N,叔N,季N基團和氟碳疏水基,以及含有苯環(huán)的芐基基團等多個中心原子。不但能與金屬原子形成配位鍵,而且能形成多點吸附,形成更穩(wěn)定的吸附膜。吸附機理符合有機吸附型緩蝕劑所有的吸附機理。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到達金屬表面。當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.通過加標回收率法,分析了油田污水中含油、水質硬度、破乳劑等因素對鄰菲羅啉分光光度法測定鐵含量的結果影響。結果顯示,采出水中含油量對該方法檢測結果的準確性有較大影響,其原因是油污嚴重影響了透光率,使測定結果偏大。其余破乳劑、水質硬度、油田污水等因素對測定結果影響不大。
　　 9.通過油田現(xiàn)場應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備的評判