空气泡沫驱多元缓蚀剂的制备研究

2020-08-03高波,姚谋,薛强,张康

化工技术与开发 2020年7期

高波,姚谋,薛强,张康

(1.长庆油田分公司第七采油厂，甘肃庆阳 745700；2.长庆油田勘探开发研究院，陕西西安 710016)

空气泡沫驱采用的泡沫液体，主要由发泡的表面活性剂及稳定泡沫的泡沫稳定剂组成。空气通过除氧处理，直接与泡沫液体进行发泡，得到稳定的泡沫体系[1]。体系中大量氧气的引入会对注入体系造成严重的腐蚀，从而给生产造成巨大的影响和损失[2]。

咪唑啉型缓蚀剂是较为常用的缓蚀剂，具有较强的吸附能力，能够和金属达到动态的吸附平衡，即使不能实现完全覆盖，也不会造成局部的严重腐蚀，对腐蚀过程中的阳极能够起到较好的保护作用[3]。所以，使用咪唑啉缓蚀剂是安全的，即使局部浓度分布不均匀也不会引起点蚀[4]。

除了氧气的腐蚀，管线中的结垢也会加重设备的腐蚀[5]。有机磷羧酸类缓蚀剂的使用十分广泛，具有缓蚀和阻垢的双重功效，可以在金属表面形成沉淀吸附薄膜，达到缓蚀的效果，也可以与常见的成垢金属离子如Ca2+、Mg2+等发生络合反应，起到阻垢的效果[6]。

本文对几种常用的缓蚀阻垢剂进行筛选，并考察各相关药剂的加量对N80钢片在腐蚀介质中腐蚀速率的影响，通过正交实验，得到对空气泡沫驱注入系统有良好缓蚀性能的缓蚀剂。

1 原理及方法

1.1 仪器与试剂

试剂：月桂基咪唑啉季铵盐，十六烷基咪唑啉季铵盐，油酸基咪唑啉季铵盐，改性咪唑啉等缓蚀剂，以及有机磷酸、有机磷羧酸、多功能有机磷酸盐等缓蚀阻垢剂和除氧剂等。实验采用N80钢片为试片。

仪器：分析天平，空气泡沫驱腐蚀评价装置，扫描电子显微镜等。

1.2 实验方法

采用正交实验法，以N80试片的腐蚀速率为指标，参照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5273-2000《油田采出水用缓蚀剂性能评价方法》进行测试[7]。腐蚀速率和缓蚀率按以下计算方法：

其中：rcorr为腐蚀速率，mm·a-1；m0为N80测试前质量，g；mt为N80测试后质量，g；S为N80钢片表面积，cm2；t为腐蚀时间，h；ρ为N80钢片密度，g·cm-3；η为缓蚀剂的缓蚀率，%；Δm1为空白实验中N80钢片腐蚀前后的质量差值，g。

采用扫描电子显微镜对腐蚀前后的试片表面进行观察，分析可能的腐蚀机理和缓蚀剂的作用机理。

2 结果与讨论

2.1 单剂的筛选

将常用的几种缓蚀阻垢剂与泡沫液体系配制成一定浓度的溶液，测量不同缓蚀剂在80℃、500mg·L-1浓度下N80钢片的腐蚀速率，结果见表1。从实验结果可以看出，在同等实验条件下，实验采用的4种咪唑啉类缓蚀剂中，改性咪唑啉的腐蚀速率最低，体系的腐蚀速率下降到0.0954mm·a-1。实验采用的3种磷羧酸类缓释阻垢剂中，有机磷羧酸的缓蚀性能最好，体系的腐蚀速率下降到0.2267 mm·a-1。因此，选择改性咪唑啉和有机磷羧酸作为空气泡沫驱复合缓蚀剂的主要试剂。

表1 单剂的缓蚀性能测定

2.2 多元缓蚀剂的制备

单独使用某一种缓蚀剂，不能达到现场的使用标准(0.076mm·a-1)，因此需要将多种缓蚀剂进行复配，使得缓蚀剂和其他助剂协同作用，以期达到相应的施工要求。将筛选后的缓蚀剂与除氧剂等进行正交复配实验，考察缓蚀剂用量为500 mg·L-1时，N80钢片的腐蚀速率(表2)。

表2 复合缓蚀剂正交实验结果

从正交实验的结果可以看出，复合后的缓蚀剂拥有更低的腐蚀速率和更好的缓蚀性能，改性咪唑啉、有机磷羧酸和除氧剂的含量均为20%时，得到的复合缓蚀剂的性能最佳。因此该复合缓蚀剂的优化配方为：改性咪唑啉∶有机磷羧酸∶除氧剂=1∶1∶1。

2.3 缓蚀剂性能评价

按照优化配方配制相应的复合缓蚀剂，按照实验中的评价方法对缓蚀剂的使用效果进行评价。配制不同浓度的缓蚀剂泡沫溶液，测量N80钢片在其中的腐蚀速率，对其浓度和腐蚀速率的关系进行分析，结果见图1。从图1可知，随着复合缓蚀剂使用浓度增加，N80钢片的腐蚀速率逐渐减小，浓度为800mg·L-1时，腐蚀速度最小，为 0.027 mm·a-1，随后缓慢升高。浓度大于400mg·L-1后，N80钢片的腐蚀速率降低至0.065mm·a-1，能够满足国内石油注水用缓蚀剂的相关标准[8]。