一種新型雙咪唑啉緩蝕劑的研究和應(yīng)用

曾璐明，徐 超，王 欣，呼文財(cái)，陸 原

（中海油（天津）油田化工有限公司，天津 300451）

海上油田在采油生產(chǎn)過程中，采出液會對金屬材質(zhì)的管道、設(shè)備產(chǎn)生腐蝕，嚴(yán)重時將造成管道、設(shè)備的損毀，給正常生產(chǎn)帶來重大安全隱患，還可能造成海洋環(huán)境的污染[1]。其腐蝕因子主要是高礦化度采出水、二氧化碳和硫化氫等腐蝕性氣體、細(xì)菌、高Cl-含量、高流速和高溫環(huán)境等。不同油田的采出液和處理工況不同，腐蝕的主體因素也不同，而且腐蝕主體因素隨油田工況條件改變而發(fā)生變化[2]。

渤海某油田于2004 年投產(chǎn)，應(yīng)用國外某藥劑公司的緩蝕劑CIW2551，2010 年后污水處理系統(tǒng)設(shè)備腐蝕問題逐步顯現(xiàn)，2014 年出現(xiàn)多起設(shè)備或管線刺漏，嚴(yán)重影響油田的安全生產(chǎn)。經(jīng)過對腐蝕產(chǎn)物的分析，確認(rèn)現(xiàn)場腐蝕屬于二氧化碳腐蝕，同時還有少量的硫化氫腐蝕。此外，近年該油田持續(xù)提產(chǎn)擴(kuò)能，生產(chǎn)污水量大幅增加，污水在流程中的流速提高，高速流體的剪切作用降低了緩蝕劑在管道表面的吸附性能，且易產(chǎn)生點(diǎn)蝕，緩蝕劑的效果顯著下降[3-5]。

1 新型雙咪唑啉緩蝕劑的開發(fā)

針對該油田生產(chǎn)工況和腐蝕產(chǎn)生原因開發(fā)了幾種不同取代基的新型雙咪唑啉緩蝕劑，以均苯三甲酸和甲醇為原料發(fā)生酯化反應(yīng)，制得均苯三甲酸三甲酯。將均苯三甲酸三甲酯溶于甲醇中，加入氫氧化鉀，經(jīng)酯化水解，蒸除溶劑，得到3，5-二甲酸-1-苯甲酸甲酯，再和不同烴基烷烴胺在甲苯中發(fā)生酰胺化反應(yīng)生成3，5-二甲酸-1-N-烷基苯甲酰胺。最后以3，5-二甲酸-1-N-烷基苯甲酰胺為原料和二乙烯三胺經(jīng)兩步脫水，合成N-烷基苯甲酰胺基雙咪唑啉緩蝕劑。該緩蝕劑具有多個吸附中心，能增強(qiáng)緩蝕劑與金屬界面的吸附力，提高緩蝕效率。

N-烷基苯甲酰胺基雙咪唑啉緩蝕劑分子結(jié)構(gòu)和合成路線（見圖1）。

圖1 N-烷基苯甲酰胺基雙咪唑啉緩蝕劑的合成路線

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)設(shè)備及藥劑

緩蝕劑高溫評價釜，大連科貿(mào)試驗(yàn)設(shè)備有限公司；A3 碳鋼腐蝕掛片。

幾種不同烴基取代基的新型雙咪唑啉緩蝕劑（見表1），對比樣為現(xiàn)場應(yīng)用的進(jìn)口藥劑CIW2551。

表1 不同烴基取代基的N-烷基苯甲酰胺基雙咪唑啉緩蝕劑

2.2 試驗(yàn)用水

渤海某油田斜板除油器出口生產(chǎn)污水。

2.3 試驗(yàn)方法

腐蝕測試過程和腐蝕速率計(jì)算參照中國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T 5273-2014[6]。

表2 不同烴基取代基的N-烷基苯甲酰胺基雙咪唑啉緩蝕劑與現(xiàn)場應(yīng)用藥劑緩蝕性能對比

2.4 結(jié)果與討論

動態(tài)評價試驗(yàn)采用高壓釜掛片試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為300 r/min，溫度65 ℃，硫化氫加注質(zhì)量濃度20 mg/L，N2壓力1.5 MPa，CO2壓力0.5 MPa，緩蝕劑加注質(zhì)量濃度為20 mg/L，試驗(yàn)時間24 h，試驗(yàn)結(jié)果（見表2）。

從表2 可以看出，不同烴基取代基的新型雙咪唑啉緩蝕劑緩蝕性能均優(yōu)于現(xiàn)場在用緩蝕劑CIW2551，其中2#緩蝕劑，即N-2-［2-（十八-9-烯基）］苯甲酰胺基雙咪唑啉緩蝕劑性能最佳。

3 現(xiàn)場試驗(yàn)及應(yīng)用

3.1 試驗(yàn)檢測方法

2016 年10 月，渤海某油田開展了2#緩蝕劑的現(xiàn)場試驗(yàn)，藥劑在斜板除油器入口加注，濃度20 mg/L，試驗(yàn)期間采用美國ROHRBACK COSASCO 公司生產(chǎn)的線性極化電阻（LPR）腐蝕速率測定儀在現(xiàn)場進(jìn)行緩蝕劑評價試驗(yàn)，參考標(biāo)準(zhǔn)為《Standard Practice for Conducting Potentiodynamic Polarization Resistance Measurements ASTM G59-97》[7]。在開始試驗(yàn)前，首先控制出水速度與現(xiàn)場計(jì)算的水流速度一致，用LPR 測試雙介質(zhì)濾器水相出口的腐蝕速率，作為試驗(yàn)前的空白值；再開始加注試驗(yàn)藥劑，同時停注原緩蝕劑，間隔一定時間讀取腐蝕速率數(shù)值。

2#緩蝕劑正式應(yīng)用后，采用腐蝕掛片失重法進(jìn)行監(jiān)測該緩蝕劑長期應(yīng)用效果。

3.2 結(jié)果與討論

緩蝕劑現(xiàn)場試驗(yàn)期間，LPR 監(jiān)測雙介質(zhì)濾器出口生產(chǎn)污水腐蝕速率數(shù)據(jù)（見圖2），其中監(jiān)測8 h 后開始加注2#緩蝕劑。

圖2 2#緩蝕劑試驗(yàn)LPR 監(jiān)測數(shù)據(jù)

LPR 監(jiān)測結(jié)果顯示，加注現(xiàn)場緩蝕劑CIW2551時，雙介質(zhì)濾器出口腐蝕速率平均值為0.104 mm/a，超出油田生產(chǎn)污水腐蝕速率控制指標(biāo)（不超過0.076 mm/a），加注2# 緩蝕劑后雙介質(zhì)濾器出口腐蝕速率降低至0.055 mm/a，表明2#緩蝕劑作用較為顯著。相較于原應(yīng)用緩蝕劑，2#緩蝕劑使現(xiàn)場污水系統(tǒng)腐蝕速率降低47 %。

2016 年12 月，2#緩蝕劑在該油田正式應(yīng)用，采用腐蝕掛片失重法進(jìn)行監(jiān)測該緩蝕劑長期應(yīng)用效果，2017 年6 月拆除掛片。對比數(shù)據(jù)取2016 年應(yīng)用原緩蝕劑CIW2551 時的監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)果（見表3）。

表3 結(jié)果表明，2# 緩蝕劑在該油田長期應(yīng)用期間，斜板除油器和雙介質(zhì)濾器出口掛片的腐蝕速率較應(yīng)用原緩蝕劑時分別降低39 %和64 %，均達(dá)到低于0.076 mm/a 的控制標(biāo)準(zhǔn)。其中雙介質(zhì)濾器出口的監(jiān)測數(shù)據(jù)與試驗(yàn)期間LPR 監(jiān)測數(shù)據(jù)較為吻合，表明兩種監(jiān)測方法可靠、有效。

表3 2#緩蝕劑應(yīng)用期間效果監(jiān)測

4 結(jié)論

介紹了新型雙咪唑啉緩蝕劑合成方法，用動態(tài)腐蝕評價方法評價了不同烴基取代基的N-烷基苯甲酰胺基雙咪唑啉緩蝕劑，其中N-2-［2-（十八-9-烯基）］苯甲酰胺基雙咪唑啉緩蝕性能最佳。在渤海某油田開展該緩蝕劑的試驗(yàn)，采用LPR 監(jiān)測試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明污水系統(tǒng)腐蝕速率降低47 %。該緩蝕劑的長期應(yīng)用效果采用腐蝕掛片方式監(jiān)測，結(jié)果表明斜板除油器和雙介質(zhì)濾器出口掛片的腐蝕速率較應(yīng)用原緩蝕劑時分別降低39 %和64 %，均達(dá)到低于0.076 mm/a 的控制標(biāo)準(zhǔn)。