采油系统防腐防垢复合涂层实验研究

林柏松

（大庆油田创业金属防腐有限公司，黑龙江 大庆 163000)

1 概述

油田采油系统的腐蚀与结垢问题总是不断地干扰着石油生产。抽油泵的堵塞、井管的腐蚀与结垢、输油管道的腐蚀或结垢导致管道穿孔、原油泄漏等等，不仅影响石油生产，而且造成大量的资金浪费。针对这些问题，通过实验研制出一种既防腐又防垢的涂层。该实验分为两个步骤，第一步，利用憎水性极强的表面活性剂，比如十七烷胺、十八烷胺、芳香胺等对有机树脂进行改性，通过改变表面活性剂与有机涂料之间的配比以及有机树脂在不同温度条件下的固化，从中筛选出具有最佳憎水性能的涂料。第二步，在前一步实验的基础上，用热固法在涂料表面均匀地涂布一层微米级的颗粒材料比如石英砂、轻质碳酸钙或粉煤灰等，使其表面形成像荷叶表面一样的结构。把这种涂料涂覆到采油系统管道的内壁（内防腐）或外表面（外防腐）即可到达防腐和防垢的目的。

2 实验部分

2.1 表面活性剂改性有机涂料实验

2.1.1 主要药品及仪器设备

表面活性剂选择十七烷基胺C17H35CH2NH2，白色蜡状固体，具有碱性，溶于乙醇、乙醚和苯，微溶于丙酮，不溶于水。相对密度0.8618(20/4℃)。凝固点53.1℃。沸点348.8℃，具有很强的憎水性；

芳香胺选择C2H5N，白色颗粒状固体，溶于乙醇、乙醚和苯，不溶于水，具有很强的憎水性；

601 环氧树脂 牌号E—20；

604 环氧树脂 牌号E—12；

酚醛树脂 牌号2112，热固性树脂，铁钴色颗粒状固体，酸值200mgKOH/g，软化点135℃，本实验使用的是酚醛树脂与笨1:1 的预制物。

7110 甲 环氧树脂的固化剂；

稀释剂为二甲苯、丁醇、环己酮（1:1:1）的混合物；

200 目以上的石英砂、粉煤灰或轻质碳酸钙；

主要仪器设备：搅拌器、电加热器、黏度计、涂料附着力测量仪等。

2.1.2 实验步骤

（1）将10g 烷基胺与5g 芳香胺混合加入10ml 稀释剂，加热至完全融化。

（2）将融化的表面活性剂与涂料混合后分别均匀地涂覆于2 个试片上，一个加热到150℃固化，另一个常温下固化。

（3）将油田的三元驱采出液滴到试片上，观察憎水效果。

通过对比实验确定出憎水效果最好的组合为烷基胺与芳香胺2:1 对环氧酚醛树脂在180℃条件下固化的组合。

实验中的代表性过程，如表1 所示。

通过对比实验确定出憎水效果最好的组合为烷基胺与芳香胺2:1 对环氧/酚醛树脂（604/2112）1:1 在200℃条件下固化的改性组合。

通过以上实验数据，可以得到两个结论。

（1）筛选出来的表面活性剂是烷基胺和芳香胺的复合体，二者比例为2:1，防腐涂料为环氧酚醛。

（2）同样条件下，经过烘烤的试样比自干的试样防垢效果要好的多。

而且，从上面的结果可以看出一点，单独加入烷基胺和加入烷基胺、芳香胺的涂料防垢效果是不一样的，为什么加入少量芳香胺的涂料的憎水性比较好呢？这一点从理论推断得到一种结论，不论是哪一种表面活性剂，它都有一个亲水基和一个亲油基，而且，憎水基通常要比亲水基大。当加入烷基胺时，烷基胺的分子是呈不规则排布的，有一部分亲水基在上，亲油基在下面。也有一部分亲油基在上面，亲水基在下面。而且这种排列是随即的。当加入芳香胺后，一部分芳香胺分子的亲水基和烷基胺的亲水基相互吸附，降低了涂料表面亲水基的数量和面积，从而降低了对水的吸附能力。也就是说，为什么加入芳香氨要比单独加入烷基胺的涂料憎水效果好。

表1 表面活性剂改性有机树脂实验记录表

2.2 荷叶效应实验

荷叶叶面之所以具有极好的疏水性，是因为叶面上存在着非常复杂的多重纳米和微米级的超微结构。在超高分辨率显微镜下可以清晰看到，荷叶表面上有许多微小的乳突，乳突的平均大小约为10 微米，平均间距约12 微米。因此，在乳突间的凹陷部份形成一层极薄的、只有纳米级厚的空气层。这就使得在尺寸上远大于这种结构的灰尘、雨水等降落在叶面上后，隔着一层极薄的空气，它们只能同叶面上乳突的凸顶形成几个点接触。雨点在自身表面张力作用下形成球状，水球在滚动中吸附灰尘，并滚出叶面，这就是“荷叶效应”能自洁叶面的奥妙所在。

本实验利用细小粉末（粒径在10 微米左右），来代替荷叶表面的乳突，从而模拟荷叶表面。方法如下：

（1）量取烷基胺10g，芳香胺5g。将其混合在烧杯中，加入10mL 的稀释剂后加热直至完全融化。

（2）将已融化的液体倒入盛有轻钙粉或粉煤灰的烧杯中，搅拌均匀后凉干，使颗粒表面获得一层疏水的蜡膜。

（3）在打磨好的试片上涂已被表面活性剂改性的环氧酚醛树脂，然后将轻钙粉均匀地喷涂到树脂上。

（4）将试片放入恒温炉中200℃烘烤固化。

图1 是荷叶表面的显微镜放大图，图2、图3 是在试片上模拟荷叶表面的照片，图4 是水珠在模拟荷叶表面上的状态图。

图1 荷叶表面的显微镜放大图

图2 在试片上模拟荷叶表面的照片

图3 在试片上模拟荷叶表面的照片

图4 水珠在模拟荷叶表面上的状态

从图4 中可以清楚地看到水珠能够在模拟表面上自由地滚动，其接触角已超过130º，说明模拟表面实现了“荷叶效应”。

把具有“荷叶效应”的涂层称为复合涂层，由于它具有完美的防腐防垢功效，因此可以应用于易腐蚀易结垢的构件表面，比如，采油系统的井管、输油管的内外壁，可以发挥其卓越的防腐防垢功效。

3 结语

（1）以烷基胺（C17H35CH2NH2）及芳香胺(C2H5N)2:1 的表面活性剂对环氧酚醛树脂（604/2112）进行改性可以获得疏水性最佳的防腐防垢涂层。

（2）在以上涂层表面均匀地喷涂一层粒径10 微米左右的固体粉末，并在200℃条件下固化，可以获得完美的“荷叶效应”。

（3）将该复合涂层用于易腐蚀或易结垢的构件上，比如，采油系统的管道内外壁上，可以发挥其优越的防腐防垢作用。