一种杂环化合物溶垢催化剂及其制备方法与流程

1.本发明属于石油行业采油工程技术领域，具体涉及一种杂环化合物溶垢催化剂及其制备方法。


背景技术：

2.在石油开采工作中，结垢普遍存在于油气开采、注水及排水过程中，因结垢堵塞管道及地层，增加注水压力，降低开采效率，导致开采成本增加，甚至会使油气井停产、报废。此外，管道结垢腐蚀后还容易造成穿孔等问题，导致原油泄露，对自然环境造成严重破坏。因此，结垢是石油行业面临的主要问题之一，阻垢和除垢是油田长期性的重要工作。
3.除垢技术主要有物理法和化学法。化学除垢是指通过向地层或结垢设备、管线加入一定量的化学清洗剂，将不溶于水溶液的垢物中和、氧化、疏松分散或螯合，从而分散溶解于水溶液中，主要包括酸除垢、转化除垢和螯合除垢。化学除垢剂运输和配制方便，液体除垢具有流动性，且化学除垢剂的高效除垢能力等优势，使得化学除垢技术成为油气田除垢技术中最重要的技术。
4.国内自上世纪90年代开展了无机盐螯合剂溶垢研究。马广彦等人在1994年研制了由主螯合剂、铁螯合剂及分散剂等成分组成的溶垢剂cq-1，针对长庆油田采油井的不同结垢情况开发了一套使用cq-1的化学溶垢技术。2001年，赵梦云等人制备了一种硫酸盐溶垢剂ds-8。室内实验表明，其最佳使用浓度为10％～20％，最佳使用温度为40℃。ds-8对各种垢溶解能力的大小顺序：caso4》srso4》baso4。2007年，张吉明等人对比分析了磁处理技术、声波除垢技术及化学溶垢方法。实验中使用的一种溶垢剂对钡垢的溶垢率可以达到60％，对钙垢的溶垢率可以达到100％。2012年，罗跃等人针对长庆油田长2油藏的结垢问题，合成了一种碱性溶垢剂。实验表明该溶垢剂对硫酸盐垢的溶垢效果较好。2014年，长庆油田研究出了一种缓速硫酸盐解堵剂(yhjd-1)，其主要由多种螯合剂、助溶剂、表面活性剂、增效剂、杀菌剂等组分构成，对油田钙垢、硫酸盐垢具有非常好的溶解性，能将固态不溶垢转变成可溶于水的溶液，降低对地层孔隙和集输管线的内壁结垢。
5.含羧基等官能团阴离子聚合物是另一类常用的阻垢剂和防垢剂。这些聚合物通常是丙烯酸、马来酸的均聚合物或改性共聚物。一方面聚合物中的羧基等官能团可与高价金属离子发生螯合作用，增加溶解性；另一方面，聚合物还可以改变晶格，产生晶格畸形，导致难结晶或软化结晶物。此外，聚合物还可被吸附在垢物颗粒表面，使垢物颗粒更容易被分散。
6.阴离子聚合物还常与螯合剂复配使用。李建波等人以2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(amps)、乙酸乙烯酯(vac)等为单体合成了一种四元聚合物，并与柠檬酸、酒石酸和氨络合剂复配形成除垢剂。1g复配除垢剂可溶解0.61g caso4。于洪江等人提出含有共轭双键的羧酸类化合物、羧酸类聚合物转化剂和表面活性剂都能增加dtpa对baso4的溶垢速率。测得硫酸钡除垢率为89.01％，岩心渗透率恢复率为94.67％。袁舰兰等人合成了以p(amps-aa)二元共聚合物为辅剂，edta/dtpa混合物作为主剂的新型复配除垢剂，其对baso4的除垢能力
达到8h除垢量17.4g/l。
7.国外对螯合除垢机理进行了螯合剂分子结构、基本理化性质以及环境因素对溶垢效果的影响系统研究，有些螯合剂溶解硫酸盐垢物时配合催化剂使用效果更好，如草酸、氟化物和甲酸盐等对edta和dtpa与硫酸盐的螯合溶解具有促进作用。目前的趋势是发展除垢速率快，溶垢率高的溶垢剂。
8.毛玉成、胡学一等2014年在《聚羧酸大分子表面活性剂的合成及其在模具石膏中的应用》一文中，聚羧酸大分子具有一定的表面活性，在30℃下，浓度为3.0％时，聚羧酸大分子溶液表而张力为53.6mn/m，降低表面张力的能力较弱。聚羧酸大分子对硫酸钙具有增聚溶能力，40℃下，参量为20％时，硫酸钙溶解度由空白石膏溶解度0.25％增加到0.47％，溶解度增加绝对值小。
9.中国专利申请cn201110315256.8公开了一种油水井碳酸盐垢去除剂，所述的除垢增效剂为氟化钾、草酸钠或过硫酸铵。洗油剂有利于垢的剥离，但易吸附，对垢的剥离效果不明显。除垢增效剂为氟化钾、草酸钠或过硫酸铵。氟化钾、草酸钠有一定增溶作用，但易产生沉淀。
10.中国专利申请cn202110137541.9公开了一种硫酸钡溶垢剂，所述的增溶剂为甲酸钠、氢氧化钠。甲酸钠对碳酸钙增溶效果差，氢氧化钠使碳酸钙转为氢氧化钙，增加溶解度，但ph值需大于11。
11.中国专利申请cn201510832089.2公开了一种新型涂料生产方法，增溶剂为苯甲酸钠，对碳酸钙有一定增溶能力。


技术实现要素：

12.本发明的主要目的是提供一种杂环化合物溶垢催化剂及其制备方法，以解决目前常用溶垢剂溶垢速率低，溶垢率低及常温溶垢性能差的问题。
13.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
14.一种杂环化合物溶垢催化剂，由短链侧基杂环化合物、环状侧基杂环化合物和长链侧基杂环化合物复配而成，其质量比为：w(短链侧基杂环化合物)：w(环状侧基杂环化合物)：w(长链侧基杂环化合物)＝(0.4～0.6):(0.2～0.6):(2.0～2.4)。
15.进一步地，所述杂环化合物溶垢催化剂具有以下结构式：
[0016][0017]
其中r为甲基、乙基、丙基、丁基、辛基、十二烷基或环己基。
[0018]
进一步地，所述短链侧基杂环化合物包括：n-甲基吡咯烷酮、n-乙基吡咯烷酮、n-丙基吡咯烷酮和n-丁基吡咯烷酮。
[0019]
进一步地，所述环状侧基杂环化合物为n-环己基吡咯烷酮；
[0020]
进一步地，所述长链侧基杂环化合物包括n-辛基吡咯烷酮和n-十二烷基吡咯烷酮。
[0021]
进一步地，短链侧基杂环化合物、环状侧基杂环化合物和长链侧基杂环化合物的质量比为0.4:0.6:2.0。
[0022]
作为本发明的另一发明目的，本发明还提供了上述杂环化合物溶垢催化剂的制备方法，由以下步骤组成：在容器中依次加入短链侧基杂环化合物、环状侧基杂环化合物、长链侧基杂环化合物，在室温下以150～200转/分钟的转速连续搅拌30～60分钟，即得。
[0023]
作为本发明的另一发明目的，本发明还提供了一种溶垢液，由以下组分组成：杂环化合物溶垢催化剂1-3wt％、乙二胺四乙酸四钠4-5wt％、二乙烯三胺五甲叉膦酸七钠0.3-0.8wt％、葡萄糖酸钠0.5-1.5wt％、余量为水。
[0024]
进一步地，组分优选为：杂环化合物溶垢催化剂2wt％、乙二胺四乙酸四钠4.5wt％、二乙烯三胺五甲叉膦酸七钠0.5wt％、葡萄糖酸钠1wt％、余量为水。
[0025]
本发明中的杂环化合物是指分子结构中含吡咯烷酮环的一类化合物，利用杂环化合物的强电负性、强极性及高活性，与常用螯合剂配合，催化溶解硫酸钡、硫酸锶、硫酸钙等难溶垢。吡咯烷酮环的氧原子及氮原子具有强电负性，对硫酸钙、硫酸钡等垢有强烈排斥作用，使垢剥离、溶解、增溶，不产生沉淀。含吡咯烷酮环的化合物具有较强极性，常温条件下分子振动能力强，增加了常温条件下溶垢剂溶垢速度。含吡咯烷酮环化合物具有较高活性、较低分子量，易渗透；又由于含吡咯烷酮环，对原油润湿性好，洗油能力强，使螯合剂更易与垢的表面接触，增加现场实际垢样溶垢速度。
[0026]
本发明针对油田采油工程领域研发的一种杂环化合物溶垢催化剂，在温度大于25℃条件下，使硫酸钙、硫酸钡、碳酸钙溶垢速率提高120％～308％、溶垢率提高117％～212％，提高了溶垢速率及溶垢率，增强了低温条件溶垢性能。
具体实施方式
[0027]
下面结合具体实施例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
[0028]
实施例1
[0029]
在容器中依次加入适量n-甲基吡咯烷酮、n-环己基吡咯烷酮、n-辛基吡咯烷，其质量比为：w(n-甲基吡咯烷酮)：w(n-环己基吡咯烷酮)：w(n-十二烷基吡咯烷酮)＝0.4:0.6:2.0。在室温下以200转/分钟的转速连续搅拌60分钟，得到一种杂环化合物溶垢催化剂。
[0030]
按质量浓度为2％的上述杂环化合物溶垢催化剂、4.5％的乙二胺四乙酸四钠、0.5％的二乙烯三胺五甲叉膦酸七钠、1％的葡萄糖酸钠、余量水配制成100g溶垢液2份，将2份溶垢液置于25℃恒温柜2小时后分别加入硫酸钙粉末1g，重新置于25℃恒温柜中，静置1小时取出，过滤、烘干、称重，计算25℃条件下1小时溶垢速率0.98g/h、溶垢率98％。
[0031]
对比例1
[0032]
实施例1的配方中不加入上述杂环化合物溶垢催化剂，相同条件下溶垢速率0.24g/h、溶垢率37％。
[0033]
由此可见，本实施例在使用杂环化合物溶垢催化剂后，1小时硫酸钡溶解速率提高
了308％，溶垢率提高了170％。
[0034]
实施例2
[0035]
在容器中依次加入适量n-乙基吡咯烷酮、n-环己基吡咯烷酮、n-辛基吡咯烷酮，其质量比为：w(n-乙基吡咯烷酮)：w(n-环己基吡咯烷酮)：w(n-辛基吡咯烷酮)＝0.6:0.4:2.0。在室温下以150转/分钟的转速连续搅拌30分钟，得到一种杂环化合物溶垢催化剂。
[0036]
按质量浓度为2％的上述杂环化合物溶垢催化剂、4.5％的乙二胺四乙酸四钠、0.5％的二乙烯三胺五甲叉膦酸七钠、1％的葡萄糖酸钠、余量水配制成100g溶垢液2份，将2份溶垢液置于60℃恒温柜2小时后分别加入硫酸钡粉末1g，重新置于60℃恒温柜中，静置24小时、48小时分别取出，过滤、烘干、称重，计算60℃条件下24小时溶垢速率0.0238g/h、溶垢率76％，48小时溶垢率76％。
[0037]
对比例2
[0038]
实施例2的配方中不加入上述杂环化合物溶垢催化剂，相同条件下24小时溶垢速率0.0108g/h、48小时溶垢率37％。
[0039]
由此可见，本实施例在使用杂环化合物溶垢催化剂后，24小时硫酸钡溶解速率提高120％、48小时溶垢率提高117％。
[0040]
实施例3
[0041]
在容器中依次加入适量n-丁基吡咯烷酮、n-环己基吡咯烷酮、n-十二烷基吡咯烷酮，其质量比为：w(n-丁基吡咯烷酮)：w(n-环己基吡咯烷酮)：w(n-辛基吡咯烷酮)＝0.4:0.2:2.4。在室温下以150转/分钟的转速连续搅拌30分钟，得到一种杂环化合物溶垢催化剂。
[0042]
按质量浓度为2.5％的上述杂环化合物溶垢催化剂、4.5％的乙二胺四乙酸四钠、0.5％的二乙烯三胺五甲叉膦酸、1％的葡萄糖酸钠、余量水配制成100g溶垢液2份，将2份溶垢液置于60℃恒温柜2小时后分别加入碳酸钙粉末1g，重新置于60℃恒温柜中，静置24小时、48小时分别取出，过滤、烘干、称重，计算60℃条件下24小时溶垢速率0.0267g/h、溶垢率64％，48小时溶垢率81％。
[0043]
对比例3
[0044]
实施例3的配方中不加入上述杂环化合物溶垢催化剂，相同条件下24小时溶垢速率0.0071g/h、48小时溶垢率26％。
[0045]
由此可见，本实施例在使用杂环化合物溶垢催化剂后，24小时碳酸钙溶解速率提高276％、48小时溶垢率提高212％。
[0046]
实施例4
[0047]
js油田地面注水管线主要含碳酸钙垢、腐蚀垢及少量硫酸钙垢，按实施例3的溶垢液配方配置现场应用溶垢液，用水泥车将溶垢液注入管线循环清洗24小时，共清洗管线12处，日增注125m3/d，累计增注27087m3，其中井管线清洗后日注水量由7.9m3提高至38m3，清洗效果明显。
[0048]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。