Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время большинство месторождений нефти находится на поздней стадии разработки, что вызывает необходимость применения вторичных и третичных методов увеличения нефтеотдачи, среди которых наиболее часто используются процессы заводнения пластов и кислотной обработки призабойной зоны скважины в карбонатных и смешанных коллекторах.
Длительное заводнение пласта вызывает проблему, связанную с добычей на выходе из скважины устойчивых водонефтяных эмульсий. Кроме того, присутствие в эмульсиях минерализованных сероводородсодержащих пластовых вод дополнительно вызывает сероводородную коррозию нефтедобывающего оборудования, которая усугубляется наличием колоний сульфатвосстанавливающих бактерий, производящих биогенный сероводород. Применяемая для перфорации карбонатных и смешанных коллекторов кислотная обработка пласта также вызывает интенсивную коррозию.
Проблемы обезвоживания эмульсий и антикоррозионной защиты часто решаются применением химических реагентов из различных классов органических соединений, в том числе азотсодержащих катионных поверхностно-активных соединений. Причем наиболее целесообразным решением является разработка реагентов комплексного действия, проявляющих одновременно деэмульгирующие, антикоррозионные и антимикробные свойства.
Ранее показано, что перспективным направлением разработки подобных реагентов является синтез четвертичных аммониевых соединений, содержащих в своей структуре углеводородные радикалы, гидрофобность которых разрывается различными полярными гетероатомными группировками. Ранее синтезированы и исследованы такие соединения с ониевыми центрами алифатического, ароматического и гетероциклического ряда. В продолжение этих работ значительный научный и практический интерес представляет синтез и исследование функциональнозамещенных аммониевых соединений, где в качестве ониевых центров выступают более полярные имидазолиниевые циклы, содержащие два сопряженных атома азота. Таким образом, разработка на основе доступного нефтехимического сырья новых функциональнозамещенных моно- и бисимидазолиниевых соединений, обладающих деэмульгирующими, антикоррозионными и антимикробными свойствами является актуальной задачей.
Работа выполнялась в соответствии с научным направлением «Создание научных основ и разработки новых высокоэффективных технологий в химии и нефтехимии» до 2020 г. (ГР № 01. 2003. 10099).
Цель работы. Разработка на основе нефтехимического сырья оксиэтилированных алкилфенолов и спиртов поверхностно-активных имидазолиниевых соединений, обладающих одновременно деэмульгирующими, антикоррозионными и антимикробными свойствами – реагентов комплексного действия для промысловой подготовки нефти.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.
-
Синтезировать новые моно- и бисимидазолиниевые соединения с разрывами гидрофобности углеводородных радикалов полярными кислородсодержащими фрагментами.
-
Исследовать поведение синтезированных имидазолиниевых соединений на границе раздела фаз в системах, моделирующих водонефтяные эмульсии (определить изотермы межфазного натяжения, критические концентрации мицеллообразования, предельную адсорбцию, минимальную посадочную площадь молекул, максимальную работу адсорбции).
-
Выявить закономерности влияния структуры соединений на их коллоидные и поверхностно-активные свойства.
-
Исследовать деэмульгирующие, антикоррозионные и антимикробные (в том числе и в отношении сульфатвосстанавливающих бактерий) свойства полученных соединений.
-
Выявить высокоэффективные реагенты комплексного действия для промысловой подготовки нефти с оптимальным соотношением деэмульгирующих, антикоррозионных и антимикробных свойств.
Научная новизна.
Установлено, что при взаимодействии алкилоксиполи(этиленокси)хлорацетатов с 2-алкенилимидазолинами образуются новые 2-алкенил-1-[алкилоксиполи-(этиленокси)карбонилметил]имидазолиний хлориды, а реакция с бисимидазолинами типа 1,2-бис(21-алкенилимидазолинил-11)этанов или w,w-бис(имидазолинил-21)алканов приводит к 1,2-бис{21-алкенил-31-[алкилоксиполи(этиленокси)карбонилметил]имидазолиний-11}этан дихлоридам или ,-бис{11-[алкилоксиполи(этиленокси)карбонилметил]имидазолиний-21}-алкан дихлоридам соответственно.
Найдено, что продуктами реакции олеиновой кислоты с полиэтиленполиаминами со степенями аминоэтилирования от 5 до 7 (k=57) и мольных соотношениях реагентов (k-1):1 соответственно, являются w,w-бис(21-алкенилимидазолинил-11)-поли(этилен-N-алкеноиламино)этаны. Дальнейшее их алкилирование нонилфеноксиполи(этиленокси)хлорацетатами приводит к ,-бис{21-алкенил-31-[нонилфеноксиполи(этиленокси)карбонилметил]имидазолиний-11}поли(этилен-N-алкеноиламино)этан дихлоридам.
Впервые установлено, что моно- и бисимидазолиниевые соединения с нонилфеноксиполи(этиленокси)карбонилметильными или алкилоксиполи-(этиленокси)карбонилметильными радикалами обладают свойствами как катионных, так и неионогенных поверхностно-активных веществ, что обусловлено, с одной стороны катионным характером имидазолиниевых центров, а с другой – наличием полиоксиэтиленовых фрагментов.
Показано, что введение в молекулу имидазолиниевых соединений углеводородных радикалов, содержащих полярные кислородсодержащие фрагменты, обеспечивает деэмульгирующие свойства наряду с антикоррозионной и антимикробной активностью.
Выявлено, что для имидазолиниевых соединений зависимости их поверхностно-активных свойств (адсорбции, посадочной площади молекулы, концентрации мицеллообразования и работы адсорбции) от длины полиоксиэтиленового фрагмента носят экстремальный характер.
В гомологических рядах наиболее активных соединений, обладающих деэмульгирующими свойствами, установлена симбатность деэмульгирующей эффективности и работы адсорбции в системе вода-толуол, характеризующей способность вещества к диффузии из объема фазы на ее поверхность.
Установлено, что максимальная антикоррозионная активность моно- и бисимидазолиниевых соединений в солянокислых водных средах соответствует средним степеням оксиэтилирования, равным 34. Бисимидазолиниевые соединения с этиленовым спейсером и алкенильными радикалами (С17) мало чувствительны к изменению длины полярного полиоксиэтиленового фрагмента и обеспечивают стабильно высокий защитный эффект.
Практическая значимость.
Разработаны эффективные ингибиторы коррозии для солянокислых и сероводородсодержащих водных сред, а также реагенты комплексного действия для процессов промысловой подготовки нефти, обладающие одновременно высокими деэмульгирующими, антикоррозионными и антимикробными (в том числе и в отношении сульфатвосстанавливающих бактерий) свойствами, которые по каждому свойству в отдельности не уступают высокоэффективным промышленным импортным и отечественным реагентам.
Предложены эффективные антимикробные агенты, которыми являются бисимидазолиниевые соединения с алкиленовыми спейсерами (С7-С8) и нонилфеноксиполи(этиленокси)карбонилметильными радикалами.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы поздней стадии освоения нефтегазодобывающих регионов» (г. Казань, 2008), III Российской конференции «Актуальные проблемы нефтехимии» (г. Звенигород, 2009), VII Международной конференции «Химия нефти и газа» (г. Томск, 2009), XX Российской молодежной научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (г. Екатеринбург, 2010), V Всероссийской научно-практической конференции «Нефтепромысловая химия» (г. Москва, 2010), итоговых научных конференциях Казанского научного центра Российской академии наук (г. Казань, 2008-2010) и др.
Публикации. Опубликовано 11 работ, в том числе 9 статей, из них 4 в журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией, 2 тезиса.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы и приложения. Содержание работы изложено на 165 страницах печатного текста, содержит 17 таблиц, 27 рисунков. Список литературы включает 163 наименования.
