季胺盐类缓蚀剂YGC－03在饱和盐水及盐膏层钻井液中缓蚀性能评价

2013-03-03邓义成中海油田服务股份有限公司油化研究院钻完井液所河北三河065201

石油天然气学报 2013年11期

邓义成（中海油田服务股份有限公司油化研究院钻完井液所，河北三河 065201）

荣沙沙（长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州 434023）

郑金山（大庆钻探工程公司钻井四公司，黑龙江大庆 138000）

在盐膏层的钻井过程中，一方面由于盐层会溶解，易发生盐膏层的塑性蠕变，造成不规则井眼的形成，然而饱和盐水钻井液具有极高的矿化度，能有效地抑制盐膏层的溶解，具有较好的抗盐性和抗高温能力，能维持井壁稳定，并适合在大段复杂的复合盐膏层中使用；另一方面，饱和盐水钻井液中氯离子含量较高，且钻井液中含有溶解氧，对钻具的腐蚀相当厉害，常常造成钻井安全事故。因此，盐膏层钻井液中钻具的腐蚀和防腐研究是一项很有必要的工作。

室内挂片试验系统地研究了温度对N80钢的腐蚀影响，同时研究了缓蚀剂ASL－1、ASL－2和YGC－03在盐水溶液中对N80钢的缓蚀效果，缓蚀剂YGC－03添加到盐膏层钻井液中对碳钢的缓蚀作用。

1 试验部分

1.1 试验材料

盐水介质：25%NaCl溶液；盐膏层钻井液体系：100ml淡水＋0.15g NaOH＋0.1g Na2CO3＋0.4g PF－VIS （化学公司）＋25g NaCl＋5g KCl＋8g甲酸钠＋0.3g PF－PAC－LV＋2.5g PF－FLOCAT （中科日升），重晶石加重至密度2.28g/cm3。

缓蚀试片材料：N80钢。

缓蚀剂ASL－1、ASL－2为市售的缓蚀剂样品。YGC－03为自制的缓蚀剂样品，制备方法如下：以多胺和脂肪酸为原料，将原料按一定的比例加入反应器后，搅拌加热进行反应，反应完成后，冷却至室温得中间产物；然后进行季胺化，得到缓蚀剂样品。

1.2 试验方法

参照SY/T 5273—2000标准，用静态挂片失重法测定N80钢片在盐膏层及钻井液中的腐蚀速率。先配制腐蚀溶液，然后分别用丙酮、无水乙醇浸泡钢片，干燥后称重；再将钢片放入装有不同腐蚀介质的广口瓶中密封，在指定温度条件下测试24h；试验结束后，取出钢片，除腐后称重，计算挂片的腐蚀速率和缓蚀效率。试验温度为60～90℃。

1.3 试验数据处理

腐蚀速率的计算公式：

式中：vcorr为腐蚀速率，mm/a；w1、w2分别为腐蚀前后的钢片质量，g；A为试样的暴露面积，cm2；t为试验时间，h；ρ为试样的相对密度，g/cm3。

缓蚀效率计算公式

式中：v0为未加缓蚀剂的腐蚀速率，mm/a。

2 结果与讨论

2.1 N80钢在盐水介质中的缓蚀研究

在60～90℃的条件下进行盐水腐蚀试验，评价温度对N80钢在盐水溶液中的腐蚀速率。试验结果见表1、图1（文中缓蚀剂浓度均按体积分数表示）。可以看出，在盐水介质中，温度对N80钢腐蚀的影响较复杂，钢片腐蚀的主要因素是溶解氧腐蚀和氯离子腐蚀，钢片的腐蚀速率随着溶解氧体积分数的升高而增大。温度的升高，一方面使金属腐蚀的自发倾向增大，同时氧在介质中的体积分数也会随着温度的升高而降低；另一方面也会使钢片表面形成致密的保护膜，在一定程度上减缓了钢片的腐蚀。另外，氯离子的存在又加剧了金属的腐蚀，导致缓蚀率出现极值。

表1 N80钢在盐水介质中的缓蚀效率

未加缓蚀剂时，N80钢的平均腐蚀速率在0.12mm/a以上，加入缓蚀剂后，N80钢的腐蚀速率明显下降。在体积分数1%的加量条件下，缓蚀剂YGC－03的缓蚀效果明显优于 ASL－1和ASL－2，可控制 N80钢的腐蚀速率在0.03mm/a左右。

2.2 N80钢在盐膏层钻井液中的缓蚀研究

配制盐膏层钻井液，考察不同温度条件下盐膏层钻井液对N80钢的腐蚀，试验时间为24h，试验结果见表2。

钻井液中钢片腐蚀的主要原因是溶解氧腐蚀。由表2可以看出，盐膏层钻井液体系随温度的升高对钢片的腐蚀速率增加，腐蚀程度加剧，对钢片破坏也越严重。这是因为随着温度的升高，钻井液体系中的氧体积分数随之增加，钢片的腐蚀速率增加。

图1 缓蚀剂对N80钢在盐水介质中的缓蚀效果

表2 N80钢在盐膏层钻井液中的腐蚀

图2 缓蚀剂对N80钢在盐膏层钻井液中的缓蚀效果

缓蚀剂YGC－03在盐膏层钻井液体系中、不同温度下对N80钢的腐蚀效果如图2所示。在盐膏层钻井液中，钢片的腐蚀速率随着温度的升高而增大。加入缓蚀剂YGC－03后，N80钢的腐蚀速率明显降低，在加入缓蚀剂体积分数1%的条件下，N80钢的腐蚀速率可控制在0.02mm/a左右。这表明缓蚀剂YGC－03对盐膏层钻井液体系中N80钢有良好的缓蚀效果，能控制腐蚀速率在较低水平。