一種緩蝕劑SH-1的合成及性能評價

郭偉(中海石油(中國)有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057)

0 引言

注水工藝是迄今各油田提高原油的采收率、穩(wěn)產(chǎn)最為常見的開采方法之一[1]，該方法既能持續(xù)油田的穩(wěn)產(chǎn)又可降低油田開采成本，但其弊端為油田回注水礦化度高以及含有微生物(硫酸鹽還原菌SRB)、CO2、H2S、O2氣體，易造成金屬腐蝕嚴重，不利于油田的正常作業(yè)并對安全生產(chǎn)造成嚴重威脅[2-3]。抑制金屬腐蝕最高效、經(jīng)濟、便捷的方法就是加入緩蝕劑，能吸附在金屬表面隔離腐蝕介質(zhì)達到保護金屬作用[4]，醛、酮、胺之間發(fā)生縮合反應(yīng)形成曼尼希堿緩蝕劑，該緩蝕劑具有性能穩(wěn)定、抗高溫、抗鹽性能強、緩蝕效果優(yōu)異的特點[5]。筆者在曼尼希分子上引入季銨鹽，既能增強緩蝕性能又能提高水溶性[6]。

1 緩蝕劑的制備

1.1 緩蝕劑SH-1的合成

本文以采用苯乙酮、苯甲醛、有機胺為原料，無水乙醇為溶劑，用濃鹽酸(分析純)調(diào)節(jié)pH值，在一定溫度、反應(yīng)時間完成縮合反應(yīng)即Mannich反應(yīng)，再加入一定量的氯化芐完成反應(yīng)季銨化反應(yīng)，減壓蒸餾一段時間得到紅棕色液體即緩蝕劑SH-1。

1.2 緩蝕劑SH-1結(jié)構(gòu)表征

從圖1中看出，波數(shù)在1380cm-1、3341cm-1出現(xiàn)N+-CH2、N-H的吸收峰，這說明分子中有季銨鹽結(jié)構(gòu)；1672cm-1出現(xiàn)羰基的特征吸收峰，由于苯環(huán)與羰基的共軛效應(yīng)使其向低頻率位移30cm-1；波數(shù)在690cm-1出現(xiàn)了苯環(huán)(C-H)的變形振動吸收峰，波數(shù)在1619cm-1出現(xiàn)苯環(huán)上(C=C)的伸縮振動吸收峰，根據(jù)以上分析該化合物為目標產(chǎn)物。

圖1 緩蝕劑SH-1的紅外光譜圖

2 性能評價及分析

2.1 緩蝕劑濃度對腐蝕速率的影響

L80-1管線鋼在加入不同濃度緩蝕劑SH-1的腐蝕介質(zhì)(3%NaCl溶液)中40℃下掛片7d, 參考GB 10124—1988測試其腐蝕速率，結(jié)果見圖2。從圖2可知，相比空白而言，當SH-1加量為50mg/L時，3%NaCl溶液對L80-1管線鋼的腐蝕明顯降低，其腐蝕速率低至0.0322mm/a，這表明SH-1具有優(yōu)良的緩蝕性能；隨著SH-1濃度的增大，其腐蝕速率逐漸下降但下降趨勢緩慢，這表明SH-1分子飽和地吸附在L80-1管線鋼表面，因此提高SH-1的濃度，緩蝕效果提高不明顯。

圖2 不同濃度的SH-1在3%NaCl中的緩蝕能力

2.2 腐蝕介質(zhì)溫度對腐蝕速率的影響

L80-1管線鋼在加有50mg/L緩蝕劑SH-1的腐蝕介質(zhì)(3%NaCl溶液)不同溫度下掛片7天，評論不同溫度對緩蝕劑SH-1緩蝕效果的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，L80-1管線鋼在腐蝕介質(zhì)(3%NaCl溶液)的腐蝕速率隨著腐蝕介質(zhì)溫度的升高而增大，但腐蝕介質(zhì)的溫度40℃，SH-1對L80-1管線鋼在3%氯化鈉溶液中的緩蝕效果優(yōu)異，溫度為70℃時，L80-1管線鋼腐蝕速率僅為0.0662mm/a，仍小于0.076mm/a。這表明了SH-1具備良好的抗溫能力。

2.3 腐蝕介質(zhì)濃度對腐蝕速率的影響

注入水礦化度高，其中Cl-的濃度高，其穿透性能強，易引起金屬點蝕，在溫度為40℃、腐蝕時間為7d條件下，評價加有50mg/L緩蝕劑的不同濃度腐蝕介質(zhì)對L80-1管線鋼的腐蝕速率，結(jié)果見圖4所示。從圖4可知，隨著NaCl濃度增大，L80-1管線鋼的腐蝕速率逐漸增大，當NaCl加量為9%時，其腐蝕速率仍低于0.06mm/a，這表明SH-1的抗鹽性能良好，可滿足采油工程要求。

圖3 不同溫度下SH-1在3%NaCl中的緩蝕能力

圖4 不同濃度腐蝕介質(zhì)下SH-1的緩蝕能力

2.4 電化學(xué)性能

圖5為腐蝕介質(zhì)為3%NaCl溶液，在溫度為40℃ L80-1管線鋼在不同濃度SH-1下測得的極化曲線，結(jié)果見圖5，電化學(xué)參數(shù)見表1。

圖5 3%NaCl中不同濃度SH-1的極化曲線

從圖5可知，對比空白組而言，緩蝕劑SH-1的加入使L80-1管線鋼的自腐蝕電位降低，陰、陽兩極的極化曲線均向低電流方向移動，其中陰極化曲線斜率下降更為明顯，但陽極極化曲線斜率變化不大，這表明SH-1屬于陰極抑制型緩蝕劑。從表1可知，通過腐蝕電流可計算出SH-1的緩蝕效率，與失重法結(jié)論一致。

表1 極化曲線電化學(xué)參數(shù)

3 結(jié)語

采用苯乙酮、苯甲醛、有機胺、氯化芐為原料，通過縮合反應(yīng)和季銨化反應(yīng)合成緩蝕劑SH-1，SH-1在濃度為50mg/L下L80-1管線鋼的腐蝕速率降低至0.0322mm/a, 其緩蝕性能優(yōu)異。極化曲線分析：緩蝕劑SH-1的加入使L80-1管線鋼的自腐蝕電位降低，陰、陽兩極的極化曲線均向低電流方向移動，其中陰極化曲線斜率下降更為明顯，這表明SH-1屬于陰極抑制型緩蝕劑。