多类型缓蚀剂在H2S/CO2环境中的腐蚀性能研究

2019-12-13田宇兰旭

全面腐蚀控制 2019年11期

田宇兰旭

（1. 中海油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524000；2. 安科工程技术研究院（北京）有限公司，北京 100000）

0 前言

随着油气井开采不断深入，目前我国多数油气井面临着含水量提高和腐蚀性气体增强的局面，在油气井开采过程中对管道设备会造成严重的腐蚀[1-3]，添加缓蚀剂是防止管道内部严重腐蚀的最有效方法。该技术成本低，初期投资少，技术灵活，能够适应各种工艺条件，而且可根据实际生产情况而进行方案调整，是抑制腐蚀行之有效的方案。本文主要通过失重法和微观分析多种方法联动对比筛选出一种在H2S/CO2环境介质中抗硫化氢和二氧化碳腐蚀的缓蚀剂。

1 试验方法

1.1 试验材料与介质

试验材质为市售腐蚀试片，材质为Q235，取样分析得到其元素组成见表1所示，试片尺寸：50×10×3mm；流速1m/s；总压4MPa，硫化氢分压0.1MPa，二氧化碳分压0.4MPa；试验时间72h；试验介质为模拟水，其离子浓度如表2所示。

1.2 动态失重法

根据JB/T 7901-2001《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》、ASTM G170 《Standard Guide for Evaluating and Qualifying Oilfield and Refinery Corrosion Inhibitors in the Laboratory》、SY/T 5273-2014《油田采出水处理用缓蚀剂性能指标及评价方法》进行试验。

1.3 微观测试方法

采用Quanta 200环境扫描电子显微镜对失重法实验后的试片表面进行电镜扫描分析，环境扫描电子显微镜具有立体感，成像分辨率最好，能准确反映样品表面的形貌特征。

2 结果与讨论

2.1 不同温度下缓蚀剂的缓蚀性能测试

在H2S/CO2环境下的模拟溶液中，分别测试三种类型的缓蚀剂：水溶型缓蚀剂、油溶型缓蚀剂以及油溶水分散型缓蚀剂在30℃、50℃、60℃和80℃下的缓蚀性能，缓蚀剂浓度均为100ppm，结果如图1所示。

图1 不同类型缓蚀剂在不同温度下的腐蚀速率

从图1可以看出，相同腐蚀环境下，试样在加注不同药剂的介质中的腐蚀速度依次为：水溶性缓蚀剂＜油溶性缓蚀剂＜油溶水分散性缓蚀剂，同时还可以看出随着温度的逐渐增加各类型缓蚀剂的腐蚀速率都在增大。油溶性缓蚀剂和油溶水分散性缓蚀剂，当温度超过60℃后，腐蚀速度增长率趋于平稳，可能是由于油的存在，提高了缓蚀效率，油膜与缓蚀剂有协同效应，附着在了金属表面，阻止了腐蚀介质的侵入。加注水溶性缓蚀剂后，腐蚀速率随着温度的升高而增加，到一定值时也趋近于稳定。与其他两种缓蚀剂相比，加入水溶型缓蚀剂后，腐蚀速度明显降低，说明在水溶性缓蚀剂在H2S/CO2环境下有很好的缓蚀效果。

2.2 不同浓度下缓蚀剂腐蚀测试

在H2S/CO2环境的模拟溶液中，温度设定在60℃，分别测试三种不同类型的缓蚀剂：水溶型缓蚀剂、油溶型缓蚀剂以及油溶水分散型缓蚀剂在不同加注浓度下的腐蚀速度，试验结果如图2所示。

表1 试验材料的化学组成

表2 模拟水所含各离子浓度

图2 60℃下不同类型的缓蚀剂在不同加注浓度下的腐蚀速率

由图2可以看出，随着缓蚀剂浓度的增加，加注不同类型缓蚀剂的溶液腐蚀速率减小，表明缓蚀剂浓度的增加，可以有效的提高缓蚀效率。同浓度下相同环境中水溶性缓蚀剂缓蚀效果相对最好。

2.3 试片表面形貌分析

根据上述实验结果，在同等环境中水溶性缓蚀剂的缓蚀性能最佳，采用扫描电子显微镜（SEM）对其在60℃下，加注量为100mg/L的高温高压H2S/CO2动态腐蚀实验后的表面形貌进行分析。

图3为钢片在空白（a）、添加水溶缓蚀剂（b）的表面腐蚀产物膜形貌。通过腐蚀表面观察以及SEM分析，未添加缓蚀剂时，试样表面有黑色腐蚀产物膜覆盖，腐蚀颗粒粗大疏松、不致密，局部有脱落现象，故对钢表面的腐蚀保护作用较低，腐蚀速率较大，这可能与腐蚀介质中的Cl-有关。结合对腐蚀膜能谱分析（图4）发现未添加缓蚀剂时，元素含有较多O和S，腐蚀产物应该主要是FeS和FeCO3，添加水溶型缓蚀剂后，O和S显著减少，钢材平均腐蚀速率也急剧下降，应该是缓蚀剂分子吸附于金属表面形成了一层致密的保护膜，阻碍了溶液中的腐蚀性介质如H+、Cl-、HS-等向金属表面扩散，抑制了局部腐蚀的发生。