一种油田注水用高效多功能阻垢剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及阻垢剂
技术领域
，尤其涉及一种油田注水用高效多功能阻垢剂及其制备方法和应用。背景技术
目前市面上的阻垢剂一般对单剂碳酸钙、硫酸钙或者硫酸钡的阻垢具有较强的针对性，所以在油田现场需要综合阻垢剂的时候需要进行复配，以实现综合阻垢性能。但是在注入地层后，由于地层对不同化学药剂的吸附不一样，以及不同物质在地层的流速比也不一样，地层在某一段的溶液成分与实际原始配方中配比是具有一定差异的，该差异会造成实际在使用过程中的效果存在差异。同时，目前一般的阻垢剂其浓度都较低，一般在30～50％之间，在复配后，其实际有效含量会更低，造成在油田施工现场会使用较高的浓度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油田注水用高效多功能阻垢剂及其制备方法，所述阻垢剂具有较好的综合阻垢性能，且使用浓度在小于等于30ppm的用量级别便具有较高的阻垢率。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种油田注水用高效多功能阻垢剂，具有式Ⅰ所示结构：
其中，y的取值范围为5～10，所述R1和R2独立地为H或-Cln-1CmH2m-x-n(PO3H2)x；其中，n＝1或2，x＝1或2，m＝1、2或3；
所述R1和R2不同时为H。
优选的，所述R1为H，R2为-Cln-1CmH2m-x-n+2(PO3H2)x；
和/或所述R1为-Cln-1CmH2m-x-n+2(PO3H2)x，R2为-Cln-1CmH2m-x-n+2(PO3H2)x；
其中，n＝1，x＝1，m＝1。
本发明还提供了上述技术方案所述油田注水用高效多功能阻垢剂的制备方法，包括以下步骤：
将四羟基丁二酸钠和金属钠混合，发生中和反应，得到包括具有式1所示结构化合物的产物体系；
将所述包括具有式1所示结构化合物的产物体系与ClnCmH2m-x-n+2(PO3H2)x混合，发生取代反应，得到包括具有式2所示结构化合物的产物体系；其中，n＝1或2，x＝1或2，m＝1、2或3；
将所述包括具有式2所示结构化合物的产物体系与浓硫酸混合，进行醚化脱水反应，得到所述油田注水用高效多功能阻垢剂；
式1中M1和M2独立地为H或Na，且所述M1和M2不同时为H；
式2中所述R1和R2独立地为H或-Cln-1CmH2m-x-n+2(PO3H2)x；其中，n＝1或2，x＝1或2，m＝1、2或3；
所述R1和R2不能同时为H。
优选的，所述四羟基丁二酸钠和金属钠的摩尔比为1：(1～2)。
优选的，所述包括具有式1所示结构化合物的产物体系中的具有式1所示结构化合物与ClnCmH2m-x-n+2(PO3H2)x的摩尔比为(1～1.2)：1。
优选的，所述取代反应的温度为60～70℃，时间为1h。
优选的，升温至所述取代反应的温度的升温速率为1～2℃/min。
优选的，所述包括具有式2所示结构化合物的产物体系中具有式2所示结构化合物与浓硫酸的总质量与所述浓硫酸的质量之比为100：(10～15)。
优选的，所述醚化脱水反应的温度为70～90℃；
升温至所述醚化脱水反应的温度的升温速率为0.5～1.5℃/min。
本发明还提供了上述技术方案所述的油田注水用高效多功能阻垢剂或上述技术方案所述的制备方法制备得到的油田注水用高效多功能阻垢剂在油田注水阻垢领域中的应用。
本发明提供了一种油田注水用高效多功能阻垢剂，具有式Ⅰ所示结构：
其中，y的取值范围为5～10，所述R1和R2独立地为H或-Cln-1CmH2m-x-n+2(PO3H2)x；其中，n＝1或2，x＝1或2，m＝1、2或3；
所述R1和R2不能同时为H。
本发明所述阻垢剂中具有有机磷酸基团和羧酸基团，所述有机磷酸基团和羧酸基团可以产生协同作用，进行有效的阻垢。
具体实施方式
本发明提供了一种油田注水用高效多功能阻垢剂，具有式Ⅰ所示结构：
其中，y的取值范围为5～10，所述R1和R2独立地为H或-Cln-1CmH2m-x-n(PO3H2)x；其中，n＝1或2，x＝1或2，m＝1、2或3；
所述R1和R2不同时为H。
在本发明中，所述R1优选为H，R2优选为-Cln-1CmH2m-x-n+2(PO3H2)x；
和/或或所述R1优选为-Cln-1CmH2m-x-n+2(PO3H2)x，R2优选为-Cln-1CmH2m-x-n+2(PO3H2)x；
其中，n＝1，x＝1，m＝1。
本发明还提供了上述技术方案所述油田注水用高效多功能阻垢剂的制备方法，包括以下步骤：
将四羟基丁二酸钠和金属钠混合，发生中和反应，得到包括具有式1所示结构化合物的产物体系；
将所述包括具有式1所示结构化合物的产物体系与ClnCmH2m-x-n+2(PO3H2)x混合，发生取代反应，得到包括具有式2所示结构化合物的产物体系；其中，n＝1或2，x＝1或2，m＝1、2或3；
将所述包括具有式2所示结构化合物的产物体系与浓硫酸混合，进行醚化脱水反应，得到所述油田注水用高效多功能阻垢剂；
式1中M1和M2独立地为H或Na，且所述M1和M2不同时为H；
式2中所述R1和R2独立地为H或-Cln-1CmH2m-x-n+2(PO3H2)x；其中，n＝1或2，x＝1或2，m＝1、2或3；
所述R1和R2不能同时为H。
在本发明中，若无特殊说明，所有制备原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
本发明将四羟基丁二酸钠和金属钠混合，发生中和反应，得到包括具有式1所示结构化合物的产物体系。
在本发明中，所述四羟基丁二酸钠和金属钠的摩尔比优选为1：(1～2)。
本发明对所述混合的过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。
在本发明中，所述中和反应的温度优选为室温，所述中和反应的时间优选为2～6h，更优选为3～5h，最优选为4h。
在本发明中，所述中和反应优选在溶剂中进行，本发明对所述溶剂的种类没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的种类即可。在本发明的实施例中，所述溶剂的种类具体为丁烷。
在本发明中，所述四羟基丁二酸钠的物质的量与所述溶剂的体积比优选为1mol：(100～300)mL，更优选为1mol：200mL。
得到包括具有式1所示结构化合物的产物体系后，本发明将将所述包括具有式1所示结构化合物的产物与ClnCmH2m-x-n+2(PO3H2)x混合，发生取代反应，得到包括具有式2所示结构化合物的产物体系；其中，n＝1或2，x＝1或2，m＝1、2或3。
在本发明中，所述混合优选先将包括具有式1所示结构化合物的产物体系升温至取代反应的温度后，加入ClnCmH2m-x-n+2(PO3H2)x。
在本发明中，所述升温的升温速率优选为1～2℃/min，更优选为1.2～1.8℃/min，最优选为1.4～1.6℃/min。
在本发明中，所述ClnCmH2m-x-n+2(PO3H2)x的加入方式优选为滴加；本发明对所述滴加的速率没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的滴加速率即可。在本发明的具体实施例中，所述ClnCmH2m-x-n+2(PO3H2)x的滴加速率具体为5mL/min。
在本发明中，所述包括具有式1所示结构化合物的产物体系中具有式1所示结构化合物与ClnCmH2m-x-n+2(PO3H2)x的摩尔比优选为(1～1.2)：1。
在本发明中，所述取代反应的温度优选为60～70℃，更优选为62～68℃，最优选为64～66℃；所述取代反应的时间优选为1h。
所述取代反应完成后，本发明还优选包括恒温的过程，所述恒温的温度优选与所述取代反应的温度相同；所述恒温的时间优选为30min。
得到包括具有式2所示结构化合物的产物体系后；本发明将所述包括具有式2所示结构化合物的产物体系与浓硫酸混合，进行醚化脱水反应，得到所述油田注水用高效多功能阻垢剂。
本发明对所述浓硫酸的浓度没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的浓度进行即可。在本发明的具体实施例中，所述浓硫酸的质量浓度具体为98％。
在本发明中，所述混合优选为在所述包括具有式2所示结构化合物的产物体系中加入浓硫酸；
在本发明中，所述浓硫酸的加入方式优选为滴加，本发明对所述滴加的速率没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的滴加速率即可。
所述混合完成后，本发明优选以0.5～1.5℃/min的升温速率升温至所述醚化脱水反应的温度，所述升温速率更优选为1℃/min。
在本发明中，所述醚化脱水反应的温度优选为70～90℃，更优选为75～85℃；时间优选为1h。
本发明还提供了上述技术方案所述的油田注水用高效多功能阻垢剂或上述技术方案所述的制备方法制备得到的油田注水用高效多功能阻垢剂在油田注水阻垢领域中的应用。在本发明中，所述油田注水用高效多功能阻垢剂的使用浓度小于等于30ppm。
下面结合实施例对本发明提供的油田注水用高效多功能阻垢剂及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将1mol四羟基丁二酸钠、1mol金属钠和100mL溶剂(具体的溶剂种类为丁烷)混合，在室温下进行中和反应120min后，以1.2℃/min的升温速率升温至60℃，以5mL/min的滴加速率滴加1molClCH2(PO3H2)，反应1h后保温30min，滴加20mL质量浓度为98％的浓硫酸，以1℃/min的升温速率升温至70℃，反应1h，得到所述油田注水用高效多功能阻垢剂(其中，R1为H，R2为-CH2(PO3H2))。
实施例2
将1mol四羟基丁二酸钠、2mol金属钠和100mL溶剂(具体的溶剂种类为丁烷)混合，在室温下进行中和反应480min后，以1.8℃/min的升温速率升温至70℃，以5mL/min的滴加速率滴加1.2moLClCH2(PO3H2)，反应1h后保温30min，滴加20mL质量浓度为98％的浓硫酸，以1℃/min的升温速率升温至90℃，反应1h，得到所述油田注水用高效多功能阻垢剂(其中，所述阻垢剂为R1为-CH2(PO3H2)，R2为-CH2(PO3H2)和R1为H，R2为-CH2(PO3H2))的混合物)。
实施例3
将1mol四羟基丁二酸钠、1mol金属钠和100mL溶剂(具体的溶剂种类为丁烷)混合，在室温下进行中和反应240min后，以1.5℃/min的升温速率升温至70℃，以5mL/min的滴加速率滴加1.2moLClCH2(PO3H2)，反应1h后保温30min，滴加20mL质量浓度为98％的浓硫酸，以1℃/min的升温速率升温至80℃，反应1h，得到所述油田注水用高效多功能阻垢剂(其中，所述阻垢剂为R1为-CH2(PO3H2)，R2为-CH2(PO3H2)和R1为H，R2为-CH2(PO3H2))的混合物)。
实施例4
将1mol四羟基丁二酸钠、1mol金属钠和200mL溶剂(具体的溶剂种类为丁烷)混合，在室温下进行中和反应240min后，以1.0℃/min的升温速率升温至65℃，以5mL/min的滴加速率滴加1.2moLClCH2(PO3H2)，反应1h后保温30min，滴加20mL质量浓度为98％的浓硫酸，以1℃/min的升温速率升温至80℃，反应1h，得到所述油田注水用高效多功能阻垢剂(其中，所述阻垢剂为R1为-CH2(PO3H2)，R2为-CH2(PO3H2)和R1为H，R2为-CH2(PO3H2))的混合物)。
测试例
按照Q/SY126-2014油田水处理用缓蚀阻垢剂技术规范中的评价方法，将实施例1～4制备得到的油田注水用高效多功能阻垢剂现配置成1％的溶液备用。对硫酸钡、碳酸钙和硫酸钙的阻垢率，测试结果如表1～4所示：
表1实施例1对硫酸钡、碳酸钙和硫酸钙的阻垢率
浓度
硫酸钡(％)
碳酸钙(％)
硫酸钙(％)
10ppm
91.3
80.2
89.3
15ppm
93.3
92.3
92.3
30ppm
96.3
96.3
95.7
表2实施例2对硫酸钡、碳酸钙和硫酸钙的阻垢率
浓度
硫酸钡(％)
碳酸钙(％)
硫酸钙(％)
10ppm
87.3
83.2
87.3
15ppm
89.3
91.3
90.3
30ppm
92.3
96.3
92.7
表3实施例3对硫酸钡、碳酸钙和硫酸钙的阻垢率
表4实施例4对硫酸钡、碳酸钙和硫酸钙的阻垢率
浓度
硫酸钡(％)
碳酸钙(％)
硫酸钙(％)
10ppm
95.3
90.2
93.3
15ppm
95.3
95.3
95.3
30ppm
99.3
97.3
96.7
由表1～4可知，本发明所述阻垢剂在较低浓度下具有较好的综合阻垢性能，同时在大于等于15ppm的浓度下符合行业标准中对硫酸钡阻垢率为大于等于40％，且加量为60ppm；硫酸钙、碳酸钙加量为30ppm,阻垢率要求为大于等于90％的要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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