适用于孤东油田油井管杆的长效缓蚀剂体系优选研究

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摘 要：针对孤东油田油井管杆腐蚀的特点，对长效缓蚀剂体系进行了室内研究。采用静态挂片失重法优选出母体缓蚀剂的种类为胜利咪唑啉，加量为50 mg/L；选择了阻垢剂（HEDP）、除氧剂（硫脲）、杀菌剂（阳离子杀菌剂）等添加剂；利用三因素三水平正交实验方法优选出适用于孤东油田油井管杆的长效缓蚀剂体系（GD）的基本配方组成：48%胜利咪唑啉 +28%HEDP+14%硫脲+10%阳离子杀菌剂。

关 键 词：油井防腐；缓蚀剂；咪唑啉；静态挂片失重法

中图分类号：TE357 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2017）03-0419-03

Abstract： According to the characteristics of the oil well tube and rod’s corrosion in Gudong oilfield， an indoor study on long-term corrosion inhibitor system was carried out. Through static weight-loss method， Shengli imidazoline as the matrix corrosion inhibitor was chosen， and its dosage was 50 mg/L； and then HEDP as scale inhibitor， thiourea as deoxidant and benzethonium chloide as bactericide were chosen； By using three factors and three levels orthogonal experiment method， the basic recipe of long-term corrosion inhibitor system（GD） for the oil well tubes and rods in Gudong oilfield was determined as follows： 48% ShengLi imidazoline + 28% HEDP + 14% thiourea + 10% bactericide.

Key words： Protection of oil wells from corrosion； Corrosion inhibitor； Imidazoline； Static weight-loss method

近年來，在油田生产中一种常见的防腐缓蚀措施是用注入法[1]向井筒或储罐等需要进行防腐作业的环境里加入液体的缓蚀抑制剂[1]。

咪唑啉缓蚀剂[2]的缓蚀效果较理想，且也是在现今实践中应用最广泛的一类缓蚀抑制剂[3]。水溶性咪唑啉[4]衍生物是一种新型的缓蚀剂，它可以与酸性介质溶液中的某些氧化剂发生络合反应，降低它的电位，从而起到缓蚀的作用[4]。咪唑啉[2]环上氮原子会发生化合价的改变，当其上的氮原子变为五价形式的季胺盐后，由于带负电荷的目的金属表面会吸附季胺阳离子，所以将会对发生阳离子的放电产生较大影响，从而阳极反应得到了有效的抑制[5]。此外，对阳离子缓蚀剂的静电吸附[6]，季胺盐上的阴离子也会产生较大的影响。由于以上多种起缓蚀因素的能够协同作用[7]，所以使得咪唑啉缓蚀抑制剂的缓蚀效果显著：（1）当酸性介质和目的金属接触时，季铵盐咪唑啉缓蚀剂[7]可以在目的金属的表面上形成单分子膜；（2）经季铵化后，季铵盐咪唑啉缓蚀剂[8]中咪唑啉的氮原子变成阳离子大分子，其很容易吸附在被表面带负电荷的目的金属表面的活性点上，这种吸附可以在很大程度上抑制氢离子放电作用，从而有效地抑制阴极反应[9]。

1 实验部分

本文中所用缓蚀剂为咪唑啉类缓蚀剂。所用方法为腐蚀静态挂片法[10]。评价用试片为标准N80钢片，孤东污水作为介质，常压，实验温度60 ℃。进行静态挂片失重法试验。

腐蚀速率和缓蚀率的计算如下所示：

①腐蚀速率的计算由公式（1）给出：

式中：K — 钢片的腐蚀速率，g·m-2·h-1；

g0 — 钢片腐蚀前的质量，g；

g1 — 钢片腐蚀后的质量，g；

s — N80钢片的表面积，m2；

t — 腐蚀反应进行的时间，h。

②缓蚀率的计算由公式（2）给出：

式中：η —缓蚀率，%；

k0 —空白样（孤东污水为介质）中钢片的腐蚀速率，g·m-2·h-1；

k —介质中加有缓蚀剂时钢片的腐蚀速率，g·m-2·h-1。

1.1 母体缓蚀剂优选

1.1.1 母体缓蚀剂种类优选

本文针对孤东油田中缓蚀效果好，应用较为广泛的10种流体缓蚀剂，以此为基础从中选择出缓蚀效果较好的缓蚀剂作为母体缓蚀剂。

实验时间为72 h，10种缓蚀剂的加量均设置为50 mg·L-1，采用静态挂片失重法对10种缓蚀剂进行优选。实验结果列入表1。

从表1中可以得出：胜利咪唑啉的缓蚀效果最好，其腐蚀速率为0.059 3 g·m-2·h-1，缓蚀率高于90%；K料咪唑啉次之，其腐蚀速率为0.082 0 g·m-2·h-1，缓蚀率为88.1%。这两种缓蚀剂的缓蚀效果最好。因此优选出这两种缓蚀剂进行后续实验。

1.1.2 母体缓蚀剂加量优选

在上述实验对母体缓蚀剂的种类进行初步优选的基础上，选择胜利咪唑啉和K料咪唑啉这两种缓蚀剂作进一步的实验考察。分别将这两种缓蚀剂的加量都设置10、30、50、70、90 mg·L-1的浓度梯度，实验时间为72 h，采用静态挂片失重法对缓蚀剂的加量进行优选。

随着加量的增大，胜利咪唑啉与K料咪唑啉的缓蚀率随浓度的变化如图1和图2所示。

由图1和图2可以得出：随着缓蚀剂浓度的增加，胜利咪唑啉及K料咪唑啉的缓蚀率均增加，但在加量浓度高于50 mg·L-1后，两者的缓蚀率增加幅度均不大。在加量濃度为50 mg·L-1时，胜利咪唑啉的缓蚀率为90.2%，缓蚀效果较好；K料咪唑啉的缓蚀率为88.1%，缓蚀效果次之。最终综合缓蚀效果及成本因素，缓蚀剂的种类确定为胜利咪唑啉，加量浓度确定为50 mg·L-1。

1.2 添加剂的选择及配伍性研究

为了提高缓蚀剂的缓蚀效果且考虑除氧[12]、阻垢[13]、杀菌[14]等应有作用，根据可用药品的性质、功效以及药品实际应用情况，选择出效果好的添加剂。除氧剂选择硫脲（白色晶体）[12]、阻垢剂选择HEDP（有机磷酸类，白色粉末状固体）[13]、杀菌剂选择阳离子杀菌剂（吸附型季铵化合物）[14]；并对这三种添加剂进行腐蚀速率和缓蚀率的测定。

1.2.1添加剂的腐蚀速率和缓蚀率的测定

实验时间为7 d，添加剂的加量均为50 mg·L-1，实验结果列入表2。

由表2可以得出：硫脲的缓蚀率为78.5%；HEDP的缓蚀率为76.9%；缓蚀效果都比较好。

1.2.2 配伍性研究

将优选加量的母体缓蚀剂即50 mg·L-1的胜利咪唑啉与三种加量均为50 mg·L-1的HEDP、硫脲、阳离子杀菌剂在500 mL的烧杯中相互混合均匀后，观察其有无沉淀和絮凝等现象发生。实验结果表明无沉淀和絮凝现象，说明母体缓蚀剂和三种添加剂的配伍性[15]良好。

1.3 长效缓蚀剂配方优化

由以上母体缓蚀剂种类优选实验、母体缓蚀剂加量优选实验、添加剂的缓蚀率测定及配伍性实验可以得出：50 mg·L-1的胜利咪唑啉的缓蚀效果最佳。选择HEDP，硫脲，杀菌剂这三种添加剂作为缓蚀剂助剂。选取50 mg·L-1的胜利咪唑啉为母体缓蚀剂加量和种类，改变三种添加剂的加量，设计出三因素三水平正交[16]实验。三因素三水平实验表如表3所示。

由表5可以得出， HEDP加量30 mg·L-1、硫脲加量15 mg·L-1、杀菌剂加量10 mg·L-1和HEDP加量为30 mg·L-1、硫脲加量为30 mg·L-1、阳离子杀菌剂加量为15 mg·L-1这两种配方的缓蚀率都比较理想，但考虑到缓蚀剂的配伍性、协同增效及成本等因素，最终优选出的配方为：50 mg·L-1胜利咪唑啉+30 mg·L-1HEDP+15 mg·L-1硫脲+10 mg·L-1阳离子杀菌剂。按质量配比换算得到：48%胜利咪唑啉+28%HEDP+14%硫脲+10%阳离子杀菌剂，并将此体系命名为GD。

2 结 论

（1）利用静态挂片失重法优选出了母体缓蚀剂的种类为胜利咪唑啉，最佳加量为50 mg/L；

（2）添加剂中，除氧剂选择硫脲、阻垢剂选择HEDP、杀菌剂选择阳离子杀菌剂，实验证明添加剂与缓蚀剂的配伍性良好。

（3）采用三因素三水平实验方法优选出了适用于孤东油田油井管杆的长效缓蚀剂体系（GD）的基本配方：48%胜利咪唑+28%HEDP+14%硫脲+10%YL杀菌剂。

参考文献：

[1]陈普信，郑家棠，王海，等. SIM-1油井固体缓蚀剂的研究与应用[J].油田化学， 2001，17（3）：232-234.

[2]沈丽萍，陈志光，延建忠，等. GH-01水溶性固体缓蚀剂的研制及应用[J].断块油气田，2002，9（5）：32-36.

[3]沈长斌，薛钰芝. 微胶囊技术制备缓释型咪唑啉类缓蚀剂[J].大连铁道学院学报，2004，25（4）：85-92.

[4]胡玉辉，滕利民，刘燕娥，等. 固体缓蚀剂GTH油井防腐技术[J].油田化学，2005，22（1）：48-51.

[5]任呈强，周计明，刘道新. 油田缓蚀剂研究现状与发展趋势[J].精细石油化工进展，2002，3（10）：24-26.

[6]李强，赵霞，杜春安. 缓速缓蚀剂在孤岛油田的应用[J].承德石油高等专科学校学报，2008，9：14-19.

[7]尹成先，冯耀荣，兰新哲，等. 一种新型固体缓蚀剂的合成及性能[J].精细化工，2006，23（9）：930-932.

[8]马涛，李娜，张秀君. 化学防腐技术在孤东油田的应用[J].新疆石油天然气，2007，04：80-82.

[9]张秀君， 刘洋， 刘高友，等. 孤东油田油井管杆防腐技术研究与应用[C].山东石油学会腐蚀与防护技术学术交流会. 2005.

[10]Mann C A， Lauer B E， Hultin C T. Organic Inhibitors of Corrosion， Aliphatic Amines[J]. Ind.eng.chem， 2002， 28（2）：159-163.

[11]Hackennan.N. Review of Corrosion Inhibition Science and Technology[J]. Material Performance，1990.29（2）： 44.

[12]赵福麟. 油田化学[M].东营：石油大学出版社， 2000： 290-300.

[13]刘杰. 几种油田用缓蚀剂的合成、评价及机理研究[D].桂林理工大学，2013：48-51.

[14]郭学辉，杨群英，王建平，等. 一种固体型咪唑啉缓蚀剂的合成与性能研究[J]. 广州化工，2009，37（1）：77-78.

[15]张贵才. 油田污水防垢及缓蚀技术研究[D].西南石油大学，2005：48-51.

[16]孙现东，罗辉，罗丽，等. DT-2型长效缓蚀剂的研制与应用[J].精细与专用化学品，2005，13（11）：10-13.