吗啉类气相缓蚀剂的合成及在渤海油田的应用

2019-05-31袁宏强杜冠乐戴俊峰李冬宁

山东化工 2019年9期

袁宏强，杜冠乐，张颖，戴俊峰，李冬宁，张涛

(中海油能源发展股份有限公司油田化学分公司，天津 300452)

油气田开发过程中，腐蚀问题涉及从井下到终端处理厂的整个流程，是作业者重点关注的安全问题之一，尤其是在流程短、设备集中的海上油田，腐蚀更是不能轻视[1]。渤海某油田生产平台三相分离器后的气相管线，出口腐蚀严重，已影响正常生产活动，现场管线腐蚀如图1所示。有图可看到此处腐蚀以点蚀为主，已发生较为严重的腐蚀穿孔现象。

图1 现场漏点图片

经调研，现场油气水三相分离器结构如图2所示。油气水混合物高速进入分离器，根据三相密度的不同，油、水进入底部沉降，而气相则从分离器顶部排出。出口气相中水分含量较高，在弯头处由于流速、温度的变化，容易凝结并析出，而水对钢铁的浸润作用则会加剧腐蚀速率，因此在转弯处腐蚀严重。本次点蚀穿孔处正处于管道弯头附近。

图2 油气水三相分离器图示

1 现场气体性质及在用药剂情况

对现场流体性质、在用药剂、现场材质等进行调研分析，刚分离出的天然气呈泡沫状，含水量较高，取样分析，检测数据见表1。

表1 分离器天然气检测数据

由表1可知，从CO2、H2S分压对腐蚀的影响分析，分离器气相出口H2S分压为1.17×10-3kPa，根据国内湿H2S环境的定义[2]，此处气体中H2S含量小于0.35 kPa时，故发生硫化物应力腐蚀断裂的可能性很小；CO2分压为9.8 kPa，根据Lohodny-Sarc对气井的研究，P CO2<21 kPa时，发生CO2腐蚀概率较小[3]。

从温度对腐蚀的影响分析，此处温度在72℃，属于60～110℃间腐蚀过渡区，在这个区间CO2腐蚀动力学会发生较大变化，水对钢铁表面的浸润作用加剧CO2腐蚀[4]，最终导致局部腐蚀突出。根据后期现场检测结果，发生的腐蚀为局部点蚀穿孔，与分析吻合。

现场应用的气相缓蚀剂为咪唑啉类缓蚀剂，其成膜性较好，与钢铁的相互作用较强，但其沸点较高，该类缓蚀剂的低温下挥发性差，有效成分很难分散到气相。本文合成了吗啉类气相缓蚀剂，属于小分子胺类缓蚀剂，若单独使用与钢铁的相互作用较弱，成膜性差[5]；但其沸点低，低温下挥发性好，气相中浓度较高。因此，针对渤海油田气相管线的流体性质，采用不同类型缓蚀剂的复配，能够取长补短，保证药剂既能溶解在水中保护液相的钢管，又可在气相发挥较好的缓蚀效果；该复配后药剂效果优良，成功在现场推广应用。

2 吗啉类气相缓蚀剂的制备及性能测试

2.1 吗啉类气相缓蚀剂的合成

本文以吗啉、环己胺、甲醛为原料，经Mannich反应制备N,N-仲胺类甲基吗啉。

图3 吗啉类气相缓蚀剂的合成方程式

合成过程中，将吗啉和环己胺置于3口烧瓶中混合均匀，冰水浴冷却，搅拌下滴加甲醛溶液，反应结束后静置分层，取上层溶液减压蒸馏，即得吗啉类气相缓蚀剂。选择不同的投料摩尔比，可制得单(甲基吗啉)胺和双(甲基吗啉)胺。

2.2 吗啉类缓蚀剂及复配物的实验室缓蚀性能探究

为了考察所合成的缓蚀剂性能，在实验室选择动态失重法评价所合成缓蚀剂的缓释性能。室内试验条件为：70℃，0.1 MPaCO2+0.9 MPaN2，转速451 r/min。加药浓度为10 mg/L(相对气相)。室内试验分别考察了单一缓蚀剂与复配后缓蚀剂的缓释效果。

2.2.1 现场缓蚀剂与吗啉类缓蚀剂室内缓蚀效果测试

表2 缓蚀剂室内评价数据

从表2试验数据可知，现场咪唑啉气相缓蚀剂和吗啉气相缓蚀剂均有一定的缓释效果，现场腐蚀速率都符合石油行业标准，对于现场工况，吗啉类气相缓蚀剂具有更好的缓释效果。

2.2.2 吗啉类缓蚀剂与咪唑啉类缓蚀剂、硫脲复配后的缓蚀效果

表3 复配后室内评价数据

将合成的气相缓蚀剂与在用气相缓蚀剂、硫脲增效剂按照不同比例复配，验证不同配比气相缓蚀剂的室内应用效果。复配后缓释效果见表3。

根据室内试验可知：复配后，除YFHG-06与吗啉气相缓蚀剂效果相当外，其余几种缓释效果较单一缓释剂均有较大提升，分析原因可能是咪唑啉衍生物沸点较高，且其形成的吸附膜有空隙，加入小分子吗啉衍生物后降低药剂沸点，并与其产生协同效应。YFHG-01、YFHG-02均具有较好的缓释效果，推荐YFHG-01开展现场试验。

3 气相缓蚀剂现场试验及应用

选择效果较好的YFHG-01开展气相缓蚀剂现场试验，通过在气相出口处挂腐蚀挂片，开展现场气相缓蚀剂评级工作。试验周期为一个月，加注浓度为10 mg/L。表4为试验期间现场工况。

表4 试验期间现场工况

由表4可知，试验期间现场压力、温度、产气量均保持稳定，故试验期间药剂加注浓度维持稳定值。

现场试验一个月后，现场挂片状态如下。图4分别为V-2140/2340出口挂片状态。

图4 气相出口挂片

试验结束后，取出挂片，立即用水冲洗试片表面沉积物，并用医用纱布擦干。将擦干的试片放入酸去膜液中浸泡5 min，同时用镊子夹少量脱脂棉拭去挂片表面腐蚀产物。从去膜液中取出挂片，用清水冲去表面残酸，并迅速用医用纱布擦干，放入无水乙醇中浸泡约5 min，取出用冷风吹干，放在干燥器30 min后称量，并计算腐蚀速率。通过对试验期间，最终检测数据如表5所示。