【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于石油与天然气工程，具体涉及一种油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂及其制备方法。
技术介绍
1、在油气田开发过程中，油气资源开发环境日益苛刻，注水注气开采等提高采收率方式广泛应用，进一步导致采出液成分复杂，对油气田地面和井下管材造成严重的腐蚀，同时由于温度压力和流体化学组分变化导致井筒和地面管线面临严峻的结垢风险，严重影响油气田的安全开采和运行。为了解决此类问题，通常需要加注缓蚀药剂和阻垢药剂来抑制材料的腐蚀和结垢，保护油气管材及生产设备。目前市面上缓蚀剂和阻垢剂品类繁多，各类缓蚀剂和阻垢剂的复配产品也有研究，这些产品大多数是通过添加两种药剂或两种药剂的混合来实现缓蚀阻垢的效果，同时两种药剂的加入对目标工况适用性、采出液配伍性、加注工艺和加注设备的要求限制更多，因此难以全面推广应用。
2、因此，研究一种同时具备缓蚀、阻垢两种功能的药剂既能有效避免重复添加不同药剂带来的工况不配伍和加注工艺、设备繁杂等问题，又可经济高效控制油气田的腐蚀结垢问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的是针对缓蚀剂和阻垢剂两种药剂的加入对目标工况适用性、采出液配伍性、加注工艺和加注设备的诸多要求和限制，提供一种油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂及其制备方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术的第一个技术目的是提供一种油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂，所述缓蚀阻垢剂的分子结构式如下：
4、
5、其中m＞2，n和o的范围在3
6、本专利技术的第二个技术目的是提供如上所述油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
7、1)将乙烯基吡啶和苄基氯反应，待反应完全后用乙酸乙酯或乙醚洗涤提纯得到中间产物a；
8、2)将中间产物a、丙烯酸和苯乙烯磺酸在引发剂偶氮二异丁腈参与下反应，即得到所述的油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂。
9、具体地，所述中间产物a的制备方法是：在n2保护下将乙烯基吡啶和苄基氯混合后在装有回流冷凝管的三口烧瓶中加热回流，随后升温至100-160℃，搅拌反应8-12小时后冷却至室温，随后用乙醚或乙酸乙酯洗涤提纯即可得到中间产物a；反应方程式如下：
10、
11、其中，所述乙烯基吡啶、苄基氯、乙酸乙酯或乙醚的质量比为15-30：30-50：10-30。
12、且，所述油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂的制备方法是：将反应得到的中间产物a和丙烯酸、苯乙烯磺酸溶于溶剂中，在n2保护和引发剂偶氮二异丁腈参与下，搅拌加热(80-120℃)反应8-12小时，即可得到目标产物油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂；反应方程式如下：
13、
14、其中，所述中间产物a、丙烯酸、苯乙烯磺酸和偶氮二异丁腈的质量比为20-30：15-30：20-30：0.5-1.0。
15、需要说明的是，关于产物的同分异构体，其合成方法的差异性主要在于不同的结构体采用的苯乙烯磺酸不同，苯乙烯磺酸的原材料包括对苯乙烯磺酸、邻苯乙烯磺酸和间苯乙烯磺酸。
16、进一步地，本专利技术中油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂，其缓蚀阻垢效果的原理在于：
17、首先，在金属的腐蚀防护过程中，化学吸附作用力比物理吸附更强，为了形成强的化学吸附作用，需要使得缓蚀剂与金属表面原子形成更多的配位键。铁原子表面存在空的d轨道，缓蚀剂结构中含有的n、s、o等原子的孤对电子会与铁原子的空d轨道形成配位键，实现缓蚀剂分子或离子牢固的吸附在金属表面。
18、其次，吡啶类化合物对金属材料有很高的反应活性，能在金属表面形成一层致密的化合物薄膜，使金属具有良好的抗氧化性、耐热性、抗腐蚀性能，吡啶及其衍生物对碳钢在高盐和酸性溶液中均具有良好的腐蚀防护效果。在吡啶类化合物基础上引入吸附性能良好的苯环，增加其水溶性，延长了缓蚀剂的疏水链。一方面，六元杂环中的n原子潜在的配位能力较好，能够进一步提高缓蚀剂的稳定性；另一方面，含n杂环和苯环结构中含有n-h键和π键，两种官能团共存时会促进氢键和π-π堆积等超分子作用的形成，有利于形成高密度和高稳定性的吡啶化合架构。进一步增强缓蚀剂的耐高温性能和化学稳定性，增强缓蚀作用。
19、同时，将具备阻垢作用的羧基、磺酸基和吡啶季铵盐基团结合在一起，发挥出羧基、磺酸基对碳酸钙等垢类的螯合、分散、吸附和静电斥力的作用，抑制溶液中碳酸钙、硫酸钙等垢的形成，目标缓蚀阻垢剂中的羧酸基团(-cooh)不仅可以螯合溶液中的阳离子(ca2+、mg2+、ba2+、fe3+)，阻止成垢离子与水中的co32-或so42-结合，减少垢的生成，还可以提高螯合物的水溶性，从而提高微溶盐的饱和溶解度，阻止活性中心的生长进而抑制晶核生长。目标缓蚀阻垢剂中的磺酸基团(-so3h)在溶液中会负离子化，可以吸附无机垢晶体，同时阻止钙凝胶的生成并且增加聚合物的水溶性，使得目标缓蚀阻垢剂可以更好的与晶核接触，增加结构的稳定性。so3h与晶核表面的电荷相互作用，可以使聚合物占据晶体生长的活性位点，干扰和减缓晶体的生长过程。
20、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术提供的一种油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂及其制备方法，具有如下优异效果：
21、本专利技术的缓蚀阻垢剂适用于腐蚀和结垢严重的油气井环境，一种药剂即可实现防腐防垢的效果。缓蚀阻垢剂分子通过n、o、s杂环原子及苯环大π键等与金属原子形成配位键，同时，结构中的羧基(-cooh)、磺酸基(-so3h)和吡啶季铵盐基团对钙离子和成垢晶核等垢类具有螯合、分散、吸附和静电斥力的作用，可以抑制、减缓溶液中碳酸钙、硫酸钙等垢的形成，增强聚合物的水溶性和稳定性，达到减少药剂加注、减少加注设备和工艺、实现“一剂双效”的功能。
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1.一种油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述缓蚀阻垢剂的分子结构式如下：
2.一种如权利要求1所述油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂的制备方法，其特征在于，所述中间产物A的制备方法是：
4.根据权利要求3所述的油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂的制备方法，其特征在于，所述乙烯基吡啶、苄基氯、乙酸乙酯或乙醚的质量比为15-30：30-50：10-30。
5.根据权利要求2所述的油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂的制备方法，其特征在于，所述目标缓蚀阻垢剂的制备方法是：
6.根据权利要求5所述的油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂的制备方法，其特征在于，所述中间产物A、丙烯酸、苯乙烯磺酸和偶氮二异丁腈的质量比为20-30：15-30：20-30：0.5-1.0。
【技术特征摘要】
1.一种油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂，其特征在于，所述缓蚀阻垢剂的分子结构式如下：
2.一种如权利要求1所述油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂的制备方法，其特征在于，所述中间产物a的制备方法是：
4.根据权利要求3所述的油气田用吡啶类缓蚀阻垢剂的制备方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾德智，刘振东，马心语，程地奎，郑春焰，史胜垚，王熙，余成秀，张强，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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