一种新型双咪唑啉缓蚀剂的研究和应用

曾璐明，徐 超，王 欣，呼文财，陆 原

（中海油（天津）油田化工有限公司，天津 300451）

海上油田在采油生产过程中，采出液会对金属材质的管道、设备产生腐蚀，严重时将造成管道、设备的损毁，给正常生产带来重大安全隐患，还可能造成海洋环境的污染[1]。其腐蚀因子主要是高矿化度采出水、二氧化碳和硫化氢等腐蚀性气体、细菌、高Cl-含量、高流速和高温环境等。不同油田的采出液和处理工况不同，腐蚀的主体因素也不同，而且腐蚀主体因素随油田工况条件改变而发生变化[2]。

渤海某油田于2004 年投产，应用国外某药剂公司的缓蚀剂CIW2551，2010 年后污水处理系统设备腐蚀问题逐步显现，2014 年出现多起设备或管线刺漏，严重影响油田的安全生产。经过对腐蚀产物的分析，确认现场腐蚀属于二氧化碳腐蚀，同时还有少量的硫化氢腐蚀。此外，近年该油田持续提产扩能，生产污水量大幅增加，污水在流程中的流速提高，高速流体的剪切作用降低了缓蚀剂在管道表面的吸附性能，且易产生点蚀，缓蚀剂的效果显著下降[3-5]。

1 新型双咪唑啉缓蚀剂的开发

针对该油田生产工况和腐蚀产生原因开发了几种不同取代基的新型双咪唑啉缓蚀剂，以均苯三甲酸和甲醇为原料发生酯化反应，制得均苯三甲酸三甲酯。将均苯三甲酸三甲酯溶于甲醇中，加入氢氧化钾，经酯化水解，蒸除溶剂，得到3，5-二甲酸-1-苯甲酸甲酯，再和不同烃基烷烃胺在甲苯中发生酰胺化反应生成3，5-二甲酸-1-N-烷基苯甲酰胺。最后以3，5-二甲酸-1-N-烷基苯甲酰胺为原料和二乙烯三胺经两步脱水，合成N-烷基苯甲酰胺基双咪唑啉缓蚀剂。该缓蚀剂具有多个吸附中心，能增强缓蚀剂与金属界面的吸附力，提高缓蚀效率。

N-烷基苯甲酰胺基双咪唑啉缓蚀剂分子结构和合成路线（见图1）。

图1 N-烷基苯甲酰胺基双咪唑啉缓蚀剂的合成路线

2 试验部分

2.1 试验设备及药剂

缓蚀剂高温评价釜，大连科贸试验设备有限公司；A3 碳钢腐蚀挂片。

几种不同烃基取代基的新型双咪唑啉缓蚀剂（见表1），对比样为现场应用的进口药剂CIW2551。

表1 不同烃基取代基的N-烷基苯甲酰胺基双咪唑啉缓蚀剂

2.2 试验用水

渤海某油田斜板除油器出口生产污水。

2.3 试验方法

腐蚀测试过程和腐蚀速率计算参照中国石油天然气行业标准SY/T 5273-2014[6]。

表2 不同烃基取代基的N-烷基苯甲酰胺基双咪唑啉缓蚀剂与现场应用药剂缓蚀性能对比

2.4 结果与讨论

动态评价试验采用高压釜挂片试验，试验条件为300 r/min，温度65 ℃，硫化氢加注质量浓度20 mg/L，N2压力1.5 MPa，CO2压力0.5 MPa，缓蚀剂加注质量浓度为20 mg/L，试验时间24 h，试验结果（见表2）。

从表2 可以看出，不同烃基取代基的新型双咪唑啉缓蚀剂缓蚀性能均优于现场在用缓蚀剂CIW2551，其中2#缓蚀剂，即N-2-［2-（十八-9-烯基）］苯甲酰胺基双咪唑啉缓蚀剂性能最佳。

3 现场试验及应用

3.1 试验检测方法

2016 年10 月，渤海某油田开展了2#缓蚀剂的现场试验，药剂在斜板除油器入口加注，浓度20 mg/L，试验期间采用美国ROHRBACK COSASCO 公司生产的线性极化电阻（LPR）腐蚀速率测定仪在现场进行缓蚀剂评价试验，参考标准为《Standard Practice for Conducting Potentiodynamic Polarization Resistance Measurements ASTM G59-97》[7]。在开始试验前，首先控制出水速度与现场计算的水流速度一致，用LPR 测试双介质滤器水相出口的腐蚀速率，作为试验前的空白值；再开始加注试验药剂，同时停注原缓蚀剂，间隔一定时间读取腐蚀速率数值。

2#缓蚀剂正式应用后，采用腐蚀挂片失重法进行监测该缓蚀剂长期应用效果。

3.2 结果与讨论

缓蚀剂现场试验期间，LPR 监测双介质滤器出口生产污水腐蚀速率数据（见图2），其中监测8 h 后开始加注2#缓蚀剂。

图2 2#缓蚀剂试验LPR 监测数据

LPR 监测结果显示，加注现场缓蚀剂CIW2551时，双介质滤器出口腐蚀速率平均值为0.104 mm/a，超出油田生产污水腐蚀速率控制指标（不超过0.076 mm/a），加注2# 缓蚀剂后双介质滤器出口腐蚀速率降低至0.055 mm/a，表明2#缓蚀剂作用较为显著。相较于原应用缓蚀剂，2#缓蚀剂使现场污水系统腐蚀速率降低47 %。

2016 年12 月，2#缓蚀剂在该油田正式应用，采用腐蚀挂片失重法进行监测该缓蚀剂长期应用效果，2017 年6 月拆除挂片。对比数据取2016 年应用原缓蚀剂CIW2551 时的监测数据，结果（见表3）。

表3 结果表明，2# 缓蚀剂在该油田长期应用期间，斜板除油器和双介质滤器出口挂片的腐蚀速率较应用原缓蚀剂时分别降低39 %和64 %，均达到低于0.076 mm/a 的控制标准。其中双介质滤器出口的监测数据与试验期间LPR 监测数据较为吻合，表明两种监测方法可靠、有效。

表3 2#缓蚀剂应用期间效果监测

4 结论

介绍了新型双咪唑啉缓蚀剂合成方法，用动态腐蚀评价方法评价了不同烃基取代基的N-烷基苯甲酰胺基双咪唑啉缓蚀剂，其中N-2-［2-（十八-9-烯基）］苯甲酰胺基双咪唑啉缓蚀性能最佳。在渤海某油田开展该缓蚀剂的试验，采用LPR 监测试验数据，结果表明污水系统腐蚀速率降低47 %。该缓蚀剂的长期应用效果采用腐蚀挂片方式监测，结果表明斜板除油器和双介质滤器出口挂片的腐蚀速率较应用原缓蚀剂时分别降低39 %和64 %，均达到低于0.076 mm/a 的控制标准。