咪唑啉季銨鹽的復配及緩蝕性能評價

吳效楠，強琳輝，許 晗

(承德石油高等?？茖W校 化學工程系，河北 承德 067000)

近幾十年,在我國部分油氣田中含CO2的高礦化度地層水腐蝕管道設備的情況比較突出,其腐蝕問題嚴重限制和威脅著石油、天然氣生產的安全和穩(wěn)定[1]。目前，油田用于防腐蝕的方法有很多，主要是向油田注水中加入定量的緩蝕劑來達到緩蝕效果[2]。其中咪唑啉型緩蝕劑作為一種低毒、高效的水基緩蝕劑，能夠有效地抑制CO2對金屬的腐蝕[3,4]。但是單一的緩蝕劑效果并不是很理想,而且用量較大、費用較高。因此，對咪唑啉緩蝕劑進行復配,研究出用量少且緩蝕率較高的復配緩蝕劑十分必要[5]。本文分別采用油酸、月桂酸、苯甲酸與二乙烯三胺反應生成咪唑啉，并與氯乙酸鈉合成相應的咪唑啉季銨鹽。同時利用靜態(tài)掛片失重法和極化曲線法研究了上述咪唑啉季銨鹽與丙炔醇(PRAL)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)及二乙烯三胺五甲叉膦酸(DETPMP)復配后在飽和CO2油田水中的緩蝕性能。

1 實驗原理

1.1 油酸咪唑啉季銨鹽的合成

1.2 月桂酸咪唑啉季銨鹽的合成

1.3 苯甲酸咪唑啉季銨鹽的合成

1.4 二乙烯三胺五甲叉膦酸(PAMMP)的合成

2 實驗部分

2.1 咪唑啉季銨鹽緩蝕劑的合成

參照文獻[6-7]，將一定量的油酸、月桂酸及苯甲酸分別與二乙烯三胺、氯乙酸鈉反應，通過兩步脫水法得到相應的咪唑啉季銨鹽產品。

2.2 PAMMP的合成

參照文獻[8]，將二乙烯三胺與環(huán)氧氯丙烷進行縮合反應得到產品。

2.3 復配緩蝕劑制備

將三種咪唑啉季銨鹽與模擬油田水配制成250 mL質量濃度為60 mg/L的緩蝕劑溶液，分別按照不同的質量比加入PRAL、SDBS和DETPMP進行復配。

表1 復配緩蝕劑的組成

2.4 復配緩蝕劑性能評價

根據中國石油天然氣股份有限公司企業(yè)標準(Q/SY 126-2007)配制模擬油田水[9]，并依據石油天然氣行業(yè)標準(SY/T 5273-2000)在飽和CO2狀態(tài)下對各組復配緩蝕劑在模擬油田水中的緩蝕率進行測定[10]。

采用極化曲線法在CHI600E電化學工作站上測試極化曲線。工作電極為A3鋼片(面積1 cm2)，砂紙打磨至1 200目，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑電極，腐蝕介質選用不同濃度復配緩蝕劑的模擬油田水體系，實驗溫度25±1 ℃，極化曲線電位掃描由陰極向陽極進行，掃描速率為0.166 mV/s。

3 結果與討論

3.1 復配緩蝕劑的緩蝕效果

按照步驟2.3將質量濃度為60 mg/L的三種咪唑啉季銨鹽緩蝕劑溶液分別參照表1加入PRAL、SDBS和DETPMP進行復配，并檢測緩蝕效果。

油酸咪唑啉季銨鹽、月桂酸咪唑啉季銨鹽、苯甲酸咪唑啉季銨鹽復配后的緩蝕效果分別如圖1、圖2、圖3所示。

由圖1～圖3可知，三種咪唑啉季銨鹽的復配緩蝕效果均隨著復配質量比的增加而增強，除了苯甲酸咪唑啉與SDBS復配以外，其余咪唑啉季銨鹽與DETPMP復配后的效果均強于PRAL與SDBS。其中，緩蝕效果最佳的是油酸咪唑啉季銨鹽與DETPMP按1：0.6(質量比)進行復配，緩蝕率達到93.7%，且隨著配比的增加緩蝕率基本保持不變，說明此時的復配緩蝕劑已達到該條件下的最大吸附量。三種咪唑啉季銨鹽與各組復配試劑的最佳復配條件如表2所示。

表2 復配緩蝕劑的最佳配比

3.2 最佳復配緩蝕劑對A3鋼片的緩蝕作用

將表2中的三組最佳復配緩蝕劑與模擬油田水分別配成質量濃度為60 mg/L的溶液，在飽和CO2條件下檢測鋼片在上述溶液中的Tafel曲線(按照極化曲線法測試)，結果如圖4所示。

從圖4極化曲線可以看出，三組復配緩蝕劑加入后對腐蝕反應的陰、陽極過程都有很大的抑制作用，且在陰極的極化曲線斜率相近，因此緩蝕效果相似。在陽極腐蝕過程中，三組復配緩蝕劑的自腐蝕電流密度下降更為顯著，此時在金屬表面形成的保護膜比較完整和致密，能夠較好地阻止金屬受到進一步腐蝕。而且D13、D23的平衡電位較S34明顯正移，斜率也大于后者，可知三組復配緩蝕劑的緩蝕效果區(qū)別在陽極腐蝕。因此，三組咪唑啉季銨鹽對A3鋼片均是一種以陽極抑制為主的混合型緩蝕劑。

4 結論

通過將合成的三種咪唑啉季銨鹽分別與丙炔醇(PRAL)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、二乙烯三胺五甲叉膦酸(DETPMP)進行復配，發(fā)現在一定條件下油酸咪唑啉季銨鹽與DETPMP復配后的緩蝕效果最好，最高緩蝕率可達93.7%。電化學極化曲線法結果也表明，各組咪唑啉季銨鹽的最佳復配緩蝕劑對A3鋼片的緩蝕機理相同，均主要通過抑制陽極反應來達到緩蝕效果，此電化學行為也是大部分咪唑啉型緩蝕劑的突出特征。今后還應對此類型復配緩蝕劑的緩蝕效果與溫度的關系做進一步的研究。