一种pH响应型环保智能缓蚀剂及其制备方法和应用与流程

本技术涉及油田开发，尤其涉及一种ph响应型环保智能缓蚀剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、co2驱油技术是通过注入co2来提高原油采收率的方法，co2具有易溶于原油并使其膨胀、降低原油黏度、减少驱替相与被驱替相间界面张力等优点，是目前应用较广的一种强化采油技术。但co2驱油工艺中，注入的co2会在地层水中形成碳酸，对油井管杆、稠油泵等各种金属设备管道具有强烈的腐蚀，导致材料性能下降、设备使用寿命减短。

2、目前主要是通过选用高耐腐蚀性能的材质、金属镀层、电化学保护和添加缓蚀剂等方法解决酸腐蚀问题，其中添加缓蚀剂的方法操作灵活、成本低、缓蚀效果显著，被大量应用于各大油田环境中。咪唑啉类缓蚀剂是目前应用最广泛的缓蚀剂之一，其分子中含氮五元杂环，能通过极性基团吸附在金属表面形成保护膜，但其分子结构单一，吸附膜在高温、高酸浓度环境下易发生脱附，吸附膜稳定性差，缓蚀效率下降。另外，常规的缓蚀剂的靶向不足，其全时段发挥缓蚀效果，导致需要注入大量药剂才能实现缓蚀效果，造成了药剂的浪费。

3、针对上述缓蚀剂的缺陷，目前主要是开发新型结构的咪唑啉缓蚀剂，如专利cn121537941a公开一种油气田用酸化缓蚀剂及其制备方法，其开发的纤维素剂咪唑啉共聚物缓蚀剂主剂，仅解决了高温下缓蚀效果差的问题，而高酸稳定性、靶向性问题仍未解决。

4、因此，当前co2驱油工艺中酸腐蚀的问题仍然是制约co2驱油工艺推广的重要因素，有必要提供一种新型的用于co2驱油的ph响应型环保智能缓蚀剂。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中存在的缺陷和不足，本技术提供了一种ph响应型环保智能缓蚀剂及其制备方法和应用。本技术通过新型的ph响应型咪唑啉衍生物与复合表面活性剂共同作用，能在金属设备表面形成保护膜，从而实现co2驱油中的酸腐蚀防护，同时该缓蚀剂的高温、高矿化度稳定性佳，能够适应复杂油藏的开发。

2、为实现上述目的，本技术采取的技术方案如下：

3、根据本技术的一方面，提供一种ph响应型环保智能缓蚀剂，按质量百分数计，包含以下组分：ph响应型咪唑啉衍生物20～35%、复合表面活性剂8～15%、助溶剂10～15%，余量为水；

4、其中，所述复合表面活性剂包括咪唑类表面活性剂、十八烷基二甲基苄基氯化铵和椰油基葡糖苷；

5、所述ph响应型咪唑啉衍生物的制备方法包括以下步骤：（1）油酸、二乙烯三胺反应得到油酸咪唑啉胺；（2）l-精氨酸、碳酸二甲酯反应得到l-精氨酸衍生物；（3）l-精氨酸衍生物与油酸咪唑啉胺反应得到ph响应型咪唑啉衍生物。

6、优选地，所述ph响应型环保智能缓蚀剂按质量百分数计，包含以下组分：ph响应型咪唑啉衍生物30%、复合表面活性剂10%、助溶剂12%，余量为水。

7、进一步地，所述ph响应型咪唑啉衍生物的制备步骤（1）具体如下：将油酸、二乙烯三胺、二甲苯加入反应釜中，氮气保护下升温至170～180℃，保温脱水反应3～4h，升温至210～215℃，继续反应1.5～2h，降至90℃以下，得到油酸咪唑啉胺。

8、可选地，所述油酸、二乙烯三胺的摩尔比为1:（1.1～1.2）。

9、进一步地，所述ph响应型咪唑啉衍生物的制备步骤（2）具体如下：l-精氨酸、碳酸二甲酯加入醇溶剂中，在50～60℃下反应1～1.5h，过滤，滤液减压蒸馏得到l-精氨酸衍生物。

10、可选地，所述醇溶剂为体积比为（2～3）:1的无水乙醇和丙二醇。

11、可选地，所述l-精氨酸、碳酸二甲酯的摩尔比为1:（1.2～1.5）。

12、进一步地，所述ph响应型咪唑啉衍生物的制备步骤（3）具体如下：将l-精氨酸衍生物溶于dmf中，加入edc·hcl和nhs，在室温下搅拌15～30min；加入步骤（1）得到的油酸咪唑啉胺，在室温下继续反应3～5h；反应结束后，减压蒸除溶剂，即得。其中，edc·hcl和nhs与l-精氨酸衍生物的摩尔比为（3～5）:（3～5）:1。

13、本技术通过上述步骤设计了一种新型咪唑啉衍生物，其分子链上含有具有多个ph敏感结构，可在酸性环境下快速质子化，快速暴露大量吸附活性位点，从而吸附在金属表面形成致密防护膜，而在中性条件下，分子去质子化、活性位点封闭，药剂稳定储存在体系中不失效，实现酸腐蚀触发释药的智能可控效果，大幅提升药剂利用率。而且，咪唑啉衍生物的分子结构中保留柔性链段，当金属表面防护膜受流体冲刷、杂质磨损出现微小破损时，破损处局部酸性富集可再次触发药剂分子响应吸附，快速填补膜层缺陷，实现动态自修复，解决传统缓蚀膜易脱落、持久性差的问题。

14、但单纯的ph响应型咪唑啉衍生物注入地层水中分散性较差，无法均匀分散在油水两相，导致难以在金属设备表面形成致密的保护膜，导致缓蚀效果有限。本技术通过添加复合表面活性剂，能够增加ph响应型咪唑啉衍生物的溶解性，可辅助ph响应型咪唑啉衍生物在金属表面形成致密的保护膜，提高了缓蚀剂的缓释效果。

15、进一步地，所述复合表面活性剂中咪唑类表面活性剂、十八烷基二甲基苄基氯化铵和椰油基葡糖苷的质量比为（45～60）:（20～35）:（20～30）。

16、优选地，所述复合表面活性剂中咪唑类表面活性剂、十八烷基二甲基苄基氯化铵和椰油基葡糖苷的质量比为50:20:30。

17、可选地，所述咪唑类表面活性剂包括质量比为（30～50）:（50～70）的1-己基-3-甲基咪唑氯盐和1-十二烷基-2,3-二甲基咪唑氯盐；优选地，所述咪唑类表面活性剂包括质量比为45:55的1-己基-3-甲基咪唑氯盐和1-十二烷基-2,3-二甲基咪唑氯盐。

18、优选地，所述咪唑类表面活性剂包括质量比为33:67的1-己基-3-甲基咪唑氯盐和1-十二烷基-2,3-二甲基咪唑氯盐。

19、本技术通过添加三种表面活性剂，椰油基葡糖苷的添加可增加缓蚀剂在地层水中的溶解性，咪唑类的表面活性剂中短链的1-己基-3-甲基咪唑氯盐优先快速吸附于金属表面，长链的1-十二烷基-2,3-二甲基咪唑氯盐咪唑类表面活性剂与十二烷基二甲基苄基氯化铵可与ph响应型咪唑啉衍生物协同，共吸附于金属表面，能够填补咪唑啉大分子吸附后存在的空隙，消除吸附膜微观孔洞，提升膜致密度，抑制酸性离子的穿透，提高缓蚀性。另外，申请人还发现，三种表面活性剂与ph响应型咪唑啉衍生物相互协同，还能够提高缓蚀剂的耐高温性能，也能避免缓蚀剂在高矿化钙镁离子下咪唑啉缓蚀剂析出，使其在高温、高矿化度油藏环境中保持稳定，长时间保持缓蚀效果。

20、进一步地，所述助溶剂为乙醇和/或异丙醇；优选地，所述助溶剂为体积比为（30～45）:（55～70）的乙醇和异丙醇。

21、ph响应型咪唑啉衍生物与复合表面活性剂协同，虽然能取得优异的缓蚀性能，且在高温高矿化度下具有良好的稳定性，但在苛刻油藏中的缓蚀效果仍有限。研究发现，在ph响应型环保智能缓蚀剂中添加一定量的改性sio2，能够构建有机吸附、无机封堵复合保护膜，突破纯有机保护膜在苛刻环境下的缓蚀性能上限，延长药剂在地层有效作用周期，减少现场药剂的加注量与施工频次。

22、进一步地，所述ph响应型环保智能缓蚀剂中还添加0.8～1.5%的改性sio2；所述改性sio2的制备方法包括以下步骤：

23、将纳米sio2在160～180℃下真空预热1～2h，然后将二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷与纳米sio2混合，100～120℃下搅拌30～50min，降至室温，即得改性sio2。

24、可选地，所述纳米sio2与二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷的质量比为100:（4～7）。

25、可选地，所述纳米sio2的粒径为20～50nm。

26、根据本技术的另一方面，提供一种ph响应型环保智能缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：

27、s1、将ph响应型咪唑啉衍生物加入助溶剂中，40～50℃下搅拌20～30min，然后加入复合表面活性剂继续搅拌30～50min，得到混合液；

28、s2、将改性sio2超声分散于水中得到改性sio2分散液；

29、s3、将改性sio2分散液加入步骤s1的混合液中，45～50℃下搅拌1～1.5h，冷却至室温，得到ph响应型环保智能缓蚀剂。

30、根据本技术的再一方面，提供上述ph响应型环保智能缓蚀剂在co2驱油中延缓油水输送管线腐蚀中的应用。

31、与现有技术相比，本技术的有益效果包括但不限于：

32、1.本技术的ph响应型环保智能缓蚀剂，将新型的ph响应型咪唑啉衍生物与复合表面活性剂共同作用，能在金属设备表面形成保护膜，从而实现co2驱油中的酸腐蚀，同时该缓蚀剂的高温、高矿化度稳定性佳，能够适应复杂油藏的开发。

33、2.本技术设计了一种ph响应型咪唑啉衍生物，其分子链上含有具有多个ph敏感协同结构，可在酸性环境下快速质子化，快速暴露大量吸附活性位点，从而吸附在金属表面形成致密防护膜；该分子结构中还保留柔性链段，当金属表面防护膜受流体冲刷、杂质磨损出现微小破损时，破损处局部酸性富集可再次触发药剂分子响应吸附，快速填补膜层缺陷，实现动态自修复，解决传统缓蚀膜易脱落、持久性差的问题。

34、3.本技术通过添加三种表面活性剂与ph响应型咪唑啉衍生物协同，共吸附于金属表面，能够填补主咪唑啉大分子吸附后存在的空隙，消除吸附膜微观孔洞，提升膜致密度，抑制酸性离子的穿透，提高缓蚀性；而且，还能够提高缓蚀剂的耐高温性能，也能避免缓蚀剂在高矿化钙镁离子下咪唑啉缓蚀剂析出，使其在高温、高矿化度油藏环境中保持稳定，长时间保持缓蚀效果。