不同温度下缓蚀剂性能评价

孟祥雯　杨晶　冯春　李勇志　王春禹

摘 要： 随着油气田开发的深入，我国大部分地区的油田都进入高含水期，现场各类设施的腐蚀问题较为严重。为研究温度对缓蚀剂缓蚀性能的影响，在100 ℃的条件下，对硅酸钾、海缓、聚丙烯酰胺以及硅酸钾与聚丙烯酰胺复配使用的缓蚀性能进行评价。在120、150 ℃的条件下，对硅酸钾与聚丙烯酰胺复配使用的缓蚀性能进行评价。结果表明，三种缓蚀剂在100 ℃时的缓蚀能力依次为：硅酸钾>海缓>聚丙烯酰胺。硅酸钾与聚丙烯酰胺复配使用时具有良好的缓蚀协同效应，并且在100、120、150 ℃实验温度下均有较好的缓蚀效果。

关 键 词：缓蚀剂；协同效应；性能评价

中图分类号：TQ 051 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2017）07-1462-04

Performance Evaluation of Corrosion Inhibitors Under Different Temperatures

MENG Xiang-wen， YANG Jing， FENG Chun， LI Yong-zhi， WANG Chun-yu

（Northeast Petroleum University， Heilongjiang Daqing 163318，China）

Abstract： With the development of oil and gas fields， most of oilfields in China have entered the high water cut stage. In order to study the effect of temperature on the corrosion inhibition performance of inhibitors， under the condition of 100 ℃， the corrosion inhibition performance of potassium silicate， sea water corrosion inhibitor， polyacrylamide， potassium silicate and polyacrylamide was evaluated. Under the condition of 120 ℃and 150 ℃， the corrosion inhibition performance of potassium silicate and polyacrylamide compound inhibitor was evaluated. The results show that the order of corrosion inhibition ability of three kinds of corrosion inhibitors at 100 ℃ is as follows： potassium silicate>sea corrosion inhibitor>polyacrylamide.The synergistic effect of potassium silicate and polyacrylamide is good， and the compound inhibitor has good corrosion inhibition effect at 100， 120 and 150 ℃.

Key words： Corrosion inhibitor； Synergistic effect； Performance evaluation

在油氣田实施生产作业时，相当数量的腐蚀介质会与油气一同采出，并和地层水以及凝析水之间相互作用，进而造成现场各类设施以及管线发生腐蚀并破坏[1]。现场一般采用加注缓蚀剂的方法尽可能减少这种腐蚀的发生。

缓蚀剂是由化学物质组成的混合物，以一定的配比加入到腐蚀介质中，借助其在介质中的理化作用来减缓腐蚀[2]。我国对缓蚀剂的研究相对于国外起步较晚，目前，研发出针对油井酸化的7701 缓蚀剂以及针对硫化氢腐蚀的CT系列缓蚀剂，并在缓蚀剂的加注工艺等方面均取得突破性进展[3-5]。

随着油田开发开采的深入，单一缓蚀剂的缓蚀效果已经不能满足现场生产要求。近年来，由于缓蚀剂之间存在协同作用，针对缓蚀剂复配效果的评价研究受到广泛关注。缓蚀剂的协同作用使得用较少剂量的缓蚀物质就能达到较好的缓蚀效果，并解决了单一缓蚀剂无法解决的问题。缓蚀剂的协同作用通常包括活性阴离子和有机物之间的协同作用和中性溶液中的协同作用[6-9]。

针对不同的腐蚀成因应加入不同的缓蚀剂，不适当的缓蚀剂甚至有可能加速腐蚀，从而对正常的生产造成影响。缓蚀剂自身性能、腐蚀成因等诸多因素都会对缓蚀剂效果造成影响。因此，研究人员如何能快速、准确的在众多的缓蚀剂中选出最适合当前开发情况的缓蚀剂成为主要问题[10-14]。本文通过研究温度对缓蚀剂的影响来筛选出缓蚀性能最高的缓蚀剂，从而确保开采效益和安全。

1 实验部分

1.1 试验材料

试验试片：N80钢。

试验介质：氯化钾溶液。

缓 蚀 剂： 钼酸钠，海缓， PBTCA-K，硅酸钾，聚丙烯酰胺，硅酸钾+聚丙烯酰胺，葡萄糖+硫脲。

1.2 试验方法

本实验采用失重法即通过测量试验试片在试验介质中放置一定时间后所产生的质量差，求出其腐蚀速度，再通过与空白组腐蚀速率的对比，求出该缓蚀剂的缓蚀率，从而对缓蚀剂性能进行评价。腐蚀速率与缓蚀率计算公式如下：

（1）

式中： v — 腐蚀速率，mm/a；

wx — 试验前后试片质量差，g；

A — 试片表面积，cm3；

t — 腐蚀时间，h；

ρ — 试片密度，g/cm3。

（2）

式中： v0 — 空白组腐蚀速率，mm/a；

vj — 加缓蚀剂组腐蚀速率，mm/a。

2 缓蚀剂缓蚀性能的评价

缓蚀剂性能的研究方法有很多，除了腐蚀产物分析法、电化学方法和光谱分析法外，还有斩波器法、循环伏安法、旋转圆盘电极法等[15-20]。但到目前为止，并没有一种方法能完全适应不同的实际研究情况，每一种方法都有其适用范围。根据不同的腐蚀环境要进行具体问题具体分析，本文采用的是失重法对其缓蚀性能进行评估。

2.1 缓蚀剂配方初选

为进一步研究温度对缓蚀剂缓蚀效果的影响，首先，从5种缓蚀剂或复配组合中挑选出缓蚀效果较好的。此时，实验温度为90 ℃，KCl溶液的密度为1.166 kg/L，缓蚀剂浓度1%。

按照失重法进行实验，根据每组实验所得腐蚀速率及缓蚀率对缓蚀剂进行性能评价（表1）。

90 ℃时， 在密度为1.166kg/L的KCl溶液中，评价了5种缓蚀剂单体或复配组合对N80钢的缓蚀性能，结果见表1。硅酸钾、聚丙烯酰胺缓蚀剂单体的缓蚀效率分别为41.15%和32.48%，0.6%葡萄糖+0.4%硫脲复配组合的缓蚀率为25.49%，其余缓蚀剂单体不仅没有缓蚀作用，反而均对N80钢的腐蚀具有促进作用，尤其是PBTCA-K缓蚀剂对N80的腐蚀速度的促进作用非常明显，腐蚀速度从空白的0.113 0 mm/a增大到0.745 1 mm/a。硅酸钾和聚丙烯酰胺单体的缓蚀效果要好于葡萄糖与硫脲的复配组合。因此，选择硅酸钾与聚丙烯酰胺进行下一步研究。

2.2 缓蚀剂复配比例的确定

为确定缓蚀剂的最佳复配比例，在缓蚀剂总浓度1%不变的基础上，对硅酸钾与聚丙烯酰胺的不同复配比例进行实验研究。实验条件：N80钢，实验温度为90 ℃，腐蚀时间48 h，KCl溶液的密度为1.166 kg/L，缓蚀剂总浓度1%。

按照失重法进行实验，根据每组实验所得腐蚀速率及缓蚀率对复配缓蚀剂进行性能评价（表2）。

如表2所示，在缓蚀剂总浓度1%不变的基础上，改变硅酸钾与聚丙烯酰胺的复配比例，除了5∶5组合外，其余比例的组合N80钢片均发生失重，缓蚀效果随聚丙烯酰胺在复配组合中比重的减小而减小。而5∶5组合产生了增重现象，复配缓蚀剂的缓蚀率高于两者单独使用时的缓蚀率，硅酸钾与聚丙烯酰胺表现出良好的缓蚀协同效应。同时从腐蚀产物处理后试片的外貌可以看出，5∶5复合时N80钢片表面有彩色的吸附物，这种吸附物质抑制了钢片的腐蚀，可推测两者的协同的机理可能是复配增强了缓蚀剂对碳钢表面的吸附能力。因此，可得出硅酸钾与聚丙烯酰胺的最佳复配比例为5∶5。

2.3 100 ℃时缓蚀剂缓蚀性能的评价

实验条件：实验温度为100 ℃，KCl溶液的密度为1.098 kg/L，缓蚀剂总浓度1%。

按照失重法进行实验，根据每组实验所得腐蚀速率及缓蚀率对缓蚀剂进行性能评价（表3）。

三种缓蚀剂单一使用或复配使用时的缓蚀率见表3。可以看出这三种缓蚀剂在100 ℃时的缓蚀能力依次为：硅酸钾>海缓>聚丙烯酰胺。单独使用聚丙烯酰胺时，仅有一定的缓蚀效果，当硅酸钾与聚丙烯酰胺复配使用时，其缓蚀率大于两者单一使用时的缓蚀率，说明了硅酸钾与聚丙烯酰胺具有良好的缓蚀协同效应。

2.4 120 ℃时缓蚀剂缓蚀性能的评价

此外，评价了高温（120 ℃）、高密度（1.166 kg/L）氯化钾体系中，该复配缓蚀剂的缓蚀效果，结果如表4所示，0.5% 硅酸钾 + 0.5% 聚丙烯酰胺缓蚀率可以达到96.22%，说明随着温度升高，复配缓蚀剂的缓蚀效果略有下降，但仍使缓蚀率比单一使用提高10个百分点以上，其缓蚀效果仍然优于两者单一使用。

2.5 150 ℃时缓蚀剂缓蚀性能的评价

由表5可以看出，缓蚀剂复合（1% 硅酸钾 + 1% 聚丙烯酰胺）在150 ℃的氯化钾体系也有很好的缓蚀效果，实验后试片不仅没有失重，还有所增重。从腐蚀产物处理后试片的外貌可以看出，N80钢片表面有彩色的吸附物，这种吸附物质抑制了钢片的腐蚀，可推测两者的协同的机理可能是复配增强了缓蚀剂对碳钢表面的吸附能力。试验表明，在高温的情况下复合缓蚀剂仍有良好的缓蚀效果，可用于生产实践。

3 结 论

（1）实验温度为100 ℃时，聚丙烯酰胺的缓蚀率为33.95%，海缓的缓蚀率为61.15%，硅酸钾的缓蚀率为85.42%，硅酸钾与聚丙烯酰胺复配使用时，缓蚀率为100%，说明这两种缓蚀剂具有良好的缓蚀协同作用。

（2）实验温度为120 ℃时，复配缓蚀剂缓蚀率可以达到96.22%。当实验温度达到150 ℃时，实验试片反而增重。

（3）温度对硅酸钾与聚丙烯酰胺复配缓蚀剂的缓蚀效果影响较小。

（4）在氯化钾试验介质中，钼酸钠和PBTCA-K缓蝕剂对N80钢的腐蚀起到促进作用，并且PBTCA-K缓蚀剂的缓蚀率达到-559.38%。

（5）复配缓蚀剂的缓蚀效果随着聚丙烯酰胺在复配组合中比重的减小。

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