[发明专利]一种双效复合型水合物抑制剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双效复合型水合物抑制剂，该复合型水合物抑制剂包括结构式如式Ⅰ所示的羟基化吗啉类离子液体、氨基酸和水；该复合型水合物抑制剂电导率高、可生物降解、无毒、对环境友好、兼具热力学和动力学双效抑制性能、抑制性能高效，在1wt％～5wt％的低剂量浓度下可有效抑制水合物生成。其中，R1为C1‑C4烷基取代基，R2为羟乙基，X‑为四氟硼酸根。

技术领域：

本发明涉及水合物技术领域，具体涉及一种双效复合型水合物抑制剂及其制备方法。

背景技术：

在石油天然气工业中，油气流体中含有诸如甲烷、乙烷、丙烷等烃类，以及二氧化碳、硫化氢等气体，与水在一定高压低温条件下，会形成固态水合物晶体。一旦在含有天然气或者石油流体管道中形成气体水合物，水合物堵塞，会影响流体的正常输送，既会威胁油气行业的钻井、完井或压裂安全作业，还会造成重大经济损失。

为解决水合物生成堵塞问题，工业中常采用加热管道、减压、除水和添加甲醇、乙二醇等醇类等热力学抑制剂。其中热力学抑制剂的作用原理是通过改变水合物的相平衡条件，使系统运行条件远离水合物生成区域，以避免水合物生成。但为了发挥作用，必须添加高浓度抑制剂，以存在水的质量计算，通常10～60wt％。后期相应的储存、运输、泵送及注入等成本高。

上述方法的一种替代方法是使用成核或晶体生长抑制剂来控制水合物生成过程。这类化学物质称为低剂量水合物抑制剂，使用量很低，一般在0.05～5％。其中常见动力学抑制剂包括聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯基己内酰胺或N-乙烯基已内酰胺、N-乙烯吡咯烷酮和N，N-二甲胺基异丁烯酸乙酯的三元共聚物等。单一聚合物价格比较昂贵，而且受过冷度和气体水合物类型等因素影响，因此往往与便宜的协助剂复合使用，降低成本，改善性能。例如，常用的协助剂包括季铵盐如四丁基溴化铵，或者乙二醇丁醚等醇醚类。

但上述化合物生物降解性稍微差，在某些高过冷度和含低盐浓度的油气作业环境无法发挥作用。

发明内容：

本发明的目的是提供一种双效复合型水合物抑制剂及其制备方法，该复合型水合物抑制剂电导率高、可生物降解、无毒、对环境友好、兼具热力学和动力学双效抑制性能、抑制性能高效，在1wt％～5wt％的低剂量浓度下可有效抑制水合物生成。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种双效复合型水合物抑制剂，该复合型水合物抑制剂包括结构式如式Ⅰ所示的羟基化吗啉类离子液体、氨基酸和水；

其中，R₁为C1-C4烷基取代基，R₂为羟乙基，X^-为四氟硼酸根。

优选地，以水合物形成料中的水基质量为基准，所述羟基化吗啉类离子液体的质量浓度0.5～1wt％，所述氨基酸的质量浓度为0.5～5wt％。

优选地，R₁为甲基或乙基。

优选地，所述氨基酸选自甘氨酸、丙氨酸、L-苏氨酸中的任一种。

所述复合型水合物抑制剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)在惰性气氛保护下，将烷基吗啉衍生物与羟基化试剂按摩尔比1:1～1:2溶解在有机溶剂乙腈中，60～80℃条件下搅拌反应48小时，将产物从残留的液体中分离出来，并收集用丙酮洗涤、减压蒸馏并经真空干燥即得到羟基化吗啉氯盐；

(2)将步骤(1)得到的羟基化吗啉氯盐与四氟硼酸钠按摩尔比1:1混合，溶解在有机溶剂乙腈中，惰性气氛保护下，在20～25℃条件下，搅拌反应24小时后过滤去掉固态氯化钠沉淀物，滤液减压蒸馏除去易挥发的有机溶剂，用二氯甲烷萃取，并用纯水反复洗涤以除掉其中的无机杂质；最后在45～50℃、-0.08～-0.1MPa的真空度条件下干燥24小时，得到羟基化吗啉类离子液体；