一種針對高礦化度的緩蝕劑的制備及性能評價

郭光范

（承德石油高等專科學(xué)校石油工程系，河北 承德 067000）

我國部分油田如塔里木油田、中原油田等，產(chǎn)出水的礦化度較高，很多礦化度超過10×104mg·L-1，容易造成管線和設(shè)備嚴重腐蝕，使管線和設(shè)備的使用壽命大大降低，給油田的生產(chǎn)帶來極大的不便[1-3]。如果采用耐腐蝕的不銹鋼作為輸送管道和生產(chǎn)設(shè)備，則成本過高。在產(chǎn)出水中加入緩蝕劑，是一種減緩金屬腐蝕的有效方法[4]。然而，在油田的實際應(yīng)用過程中，單獨使用一種緩蝕劑，低濃度下的緩蝕效果較差，不能很好地滿足油田現(xiàn)場的生產(chǎn)要求，如果加大用量，會造成成本上升[5-6]。因此通過復(fù)配，找到一種能夠滿足現(xiàn)場含有CO2、高礦化度的油田污水的腐蝕速率要求，且使用濃度較低的緩蝕劑，非常必要。

本文自制了兩種緩蝕劑，采用靜態(tài)掛片法對其進行緩蝕性能評價，并對其復(fù)配后的樣品進行緩蝕效果評價，為制備能夠滿足現(xiàn)場高礦化度的油田污水緩蝕劑提供一定的理論依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

主要試劑：NaCl、KCl、MgCl2·6H2O、無水CaCl2、NaHCO3、BaCl2、SrCl2、無水Na2SO3、硫脲、無水乙醇、石油醚(均為分析純)；羥基亞乙基二膦酸（HEDP）、環(huán)烷酸乙氧基化咪唑林衍生物（NIE，由環(huán)烷酸、二乙烯三胺和環(huán)氧乙烷按照一定比例制備）。

主要儀器：恒溫箱(控制精度為±1℃)，分析天平(感量為0.1mg)，游標卡尺(精度為0.02mm)， A3 鋼試片（72.4mm×11.5mm×2.0mm），電吹風(fēng)機，紗布、鑷子、干燥器、廣口瓶、容量1000mL、橡皮塞、玻璃器皿。

1.2 實驗水質(zhì)

塔里木油田輪南某區(qū)塊注水的組成見表1。

表1 塔里木油田輪南某區(qū)塊注水離子組成

1.3 緩蝕率的測定

根據(jù)SY/T 5273-2000《油田采出水用緩蝕劑性能評價方法》的實驗步驟進行掛片實驗，測定腐蝕量，計算均勻腐蝕速率和緩蝕率。實驗條件：溫度50℃±1℃，時間7d。實驗步驟如下：

1）在模擬水中用N2驅(qū)替2～4h；

2）將按照要求處理好的A3 鋼片，放置于上述除氧后的模擬水中；

3）使腐蝕介質(zhì)處于飽和CO2狀態(tài)下，在一定的溫度和時間條件下測定腐蝕速率。

2 結(jié)果與討論

2.1 濃度對緩蝕效果的影響

在上述飽和CO2的模擬水中（表1），加入自制的2 種緩蝕劑，使模擬水中的緩蝕劑濃度分別為0、10、20、30、50、70、100 mg·L-1，通過實驗測得的緩蝕數(shù)據(jù)見表2。

表2 不同濃度緩蝕劑的緩蝕效果

由表2 可知，隨著緩蝕劑的濃度增加，其緩蝕效果更加明顯。緩蝕劑濃度達到50mg·L-1時，平均腐蝕速率＜0.076mm·a-1，緩蝕率超過85%，所選用的兩種緩蝕劑在飽和CO2高礦化度的模擬水中，均具有較好的緩蝕效果。對比兩種緩蝕劑，NIE 濃度超過30mg·L-1時的緩蝕效果好于HEDP，而HEDP在低濃度下的緩蝕效果較好。

2.2 兩種緩蝕劑復(fù)配后的緩蝕效果

將兩種緩蝕劑NIE 與HEDP，分別按質(zhì)量比1∶0、0∶1、1∶1、1.5∶1、2∶1 和3∶1 進行復(fù)配。在上述飽和CO2的模擬水中，加入復(fù)配后的緩蝕劑，使模擬水中的緩蝕劑濃度分別為0、10、20、30、50、70、100mg·L-1，所得的實驗結(jié)果見圖1 和圖2。

由圖1 和圖2 可知，2 種緩蝕劑復(fù)配后，緩蝕效果也隨著緩蝕劑濃度的增加而增加，2 種緩蝕劑復(fù)配后的緩蝕效果，明顯好于單獨使用的2 種緩蝕劑。按不同比例復(fù)配后，緩蝕劑濃度增加到30mg·L-1時，大部分復(fù)配后的緩蝕劑的平均腐蝕速率＜0.076 mm·a-1，緩蝕率超過85%，表現(xiàn)出非常好的緩蝕效果。隨著復(fù)配質(zhì)量比的增大，緩蝕效果逐漸變差，但變化幅度較小。其中復(fù)配質(zhì)量比為1∶1 的緩蝕劑的緩蝕效果最好，緩蝕劑濃度為30mg·L-1時，平均腐蝕速率為0.0714 mm·a-1，緩蝕率為87.51%；濃度增加到50mg·L-1時，平均腐蝕速率減小到0.0456 mm·a-1，緩蝕率為92.02%，表現(xiàn)出非常好的緩蝕效果。復(fù)配質(zhì)量比為3∶1 的緩蝕劑的緩蝕效果最差，緩蝕劑濃度為30mg·L-1時，平均腐蝕速率為0.0851 mm·a-1，不能滿足油田腐蝕速率指標的現(xiàn)場要求。如果使用該配比，則需增加緩蝕劑的濃度。將緩蝕劑進行復(fù)配使用，利用其復(fù)配協(xié)同效應(yīng)，可以較為明顯地降低緩蝕劑的使用濃度，大大降低使用成本。

圖1 復(fù)配后緩蝕劑濃度對腐蝕速率的影響

圖2 復(fù)配后緩蝕劑濃度對緩蝕率的影響

表3 不同無機鹽緩蝕劑的配比

2.3 無機鹽緩蝕劑的加入對緩蝕效果的影響

選用上述復(fù)配質(zhì)量比為1∶1 的緩蝕劑，按照表3 的配比加入無機緩蝕劑，在上述飽和CO2的模擬水中加入復(fù)配后的緩蝕劑，使模擬水中的緩蝕劑濃度分別為0、10、20、30、50、70、100 mg·L-1，所得的實驗結(jié)果見圖3 和圖4。

圖3 與無機鹽緩蝕劑復(fù)配后對腐蝕速率的影響

圖4 與無機鹽緩蝕劑復(fù)配后對緩蝕率的影響

由圖3 和圖4 可知，加入無機緩蝕劑后，緩蝕效果得到一定的改善。6#樣品的緩蝕效果最好，濃度為30mg·L-1時，其平均腐蝕速率為0.0634mm·a-1，明顯好于未加無機緩蝕劑的1#樣品。2#樣品的緩蝕效果最差，濃度為30mg·L-1時，其平均腐蝕速率為0.0684mm·a-1，但也明顯好于未加無機緩蝕劑的1#樣品。加入硫脲和亞硫酸氫鈉，可以在低濃度下使有機緩蝕劑的吸附膜更加致密，有利于阻止腐蝕液的侵蝕，提高其緩蝕效果，降低其使用濃度。另一方面，亞硫酸氫鈉可以降低腐蝕介質(zhì)中的氧含量，提高其緩蝕效果。

3 結(jié)論

1）自制的2 種緩蝕劑單獨使用時，濃度為50mg·L-1時，其平均腐蝕速率＜0.076mm·a-1，可以滿足生產(chǎn)現(xiàn)場對腐蝕速率的要求，但緩蝕劑的使用濃度較高。

2）將2 種緩蝕劑復(fù)配使用后，其緩蝕效果大幅度提高，其中2 種緩蝕劑的復(fù)配質(zhì)量比為1∶1 時，緩蝕效果最好，濃度為30mg·L-1時，其平均腐蝕速率為0.0714mm·a-1，可以滿足現(xiàn)場對腐蝕速率的要求。加入無機緩蝕劑復(fù)配后，可以進一步提高其緩蝕效果，濃度為30mg·L-1時，其平均腐蝕速率＜0.070mm·a-1，其中6#樣品的緩蝕效果最好，平均腐蝕速率為0.0634mm·a-1。

3）對緩蝕劑進行復(fù)配，在滿足現(xiàn)場緩蝕要求的情況下，可以用較低的濃度獲得較好的緩蝕效果，從而節(jié)約一定的成本。