注气井耐氧缓蚀剂优选及其缓蚀机理研究.docx

1、注气井耐氧缓蚀剂优选及其缓蚀机理研究摘 要氧腐蚀是油田常见的腐蚀形式之一，严重影响了油田的正常生产。缓蚀剂防腐技术作为一种简单高效的防腐手段，能够有效地减缓油田集输管网的腐蚀。为了筛选出针对油田存在的氧腐蚀问题的缓蚀剂，本文采用电化学与失重实验相结合的方法，通过评价三种缓蚀剂的缓蚀性能，筛选出适用于油田氧腐蚀环境的缓蚀剂，得出如下结论：（1）理化性能研究表明缓蚀剂水溶性与稳定性均较好。（2）电化学实验研究表明喹啉季铵盐缓蚀剂的自腐蚀电流最小，腐蚀速率最慢，缓蚀效果最显著。（3）失重实验研究表明喹啉季铵盐缓蚀剂缓蚀效果最好。选择三种缓蚀剂对不同注空气工况条件研究揭示了含氧量、温度、浓度对缓蚀剂缓

2、蚀率的影响规律，并研究了缓蚀剂复配协同效应。经过分析得到适宜油田环境的优质缓蚀剂是喹啉季铵盐缓蚀剂。关键词：氧腐蚀；耐氧缓蚀剂；电化学；高温高压；缓蚀性能 The study on inhibition mechanism of resistant to oxygen inhibitor and preferred inhibitor in gas injection wellAbstractOxygen corrosion is one of the common forms of corrosion in oilfields, which seriously affects the nor

3、mal production of oil fields. Corrosion inhibitor anti-corrosion technology as a simple and efficient anti-corrosion means, can effectively slow down the oil field gathering pipe corrosion. In order to screen out the corrosion inhibitor for the existence of oxygen corrosion in the oil field, this pa

4、per uses the method of electrochemical and weightlessness experiment to evaluate the corrosion inhibition performance of the three corrosion inhibitors, and select the corrosion inhibition agent, the following conclusions:(1) The physical and chemical properties of the corrosion inhibitor show that

5、the water solubility and stability are good.(2) Electrochemical experiments show that quinoline quaternary ammonium salt corrosion inhibitor has the smallest self-corrosion current, the slowest corrosion rate, the most significant corrosion inhibition effect.(3) The experimental study shows that qui

6、noline quaternary ammonium salt corrosion inhibitor is the best. The influence of oxygen concentration, temperature and concentration on the corrosion inhibition rate of corrosion inhibitor was revealed by the study of three kinds of corrosion inhibitors on the condition of different injection air c

7、onditions. The synergistic effect of corrosion inhibitor.The excellent corrosion inhibitor obtained by analyzing the suitable oilfield environment is quinoline quaternary ammonium salt corrosion inhibitor.Keywords：Oxygen corrosion；Inhibitor resistant to corrosion；Electrochemistry；High temperature an

8、d high pressure；Inhibition performance目 录第1章 绪论11.1 防腐蚀技术21.1.1 耐蚀材料选择21.1.2 阴极保护技术31.1.3 涂料涂层技术41.1.4 缓蚀剂技术41.2 缓蚀剂分类51.2.1 缓蚀剂类型51.2.2 耐氧缓蚀剂61.3 研究目标和研究内容6第2章 实验简介与理化性能研究82.1 腐蚀介质配置82.2 实验条件与实验方法82.2.1 实验仪器及实验药品82.2.2 实验方法102.2.3 实验步骤112.2.4 实验条件132.3 缓蚀剂理化性能研究132.3.1 理化性能试验14第3章 电化学实验筛选缓蚀剂153.1 电

9、化学实验评价缓蚀剂153.2 电化学实验评价缓蚀剂复配体系16第4章 耐氧缓蚀剂筛选与评价184.1 耐氧缓蚀剂筛选184.2 耐氧缓蚀剂评价194.2.1 含氧量对缓蚀率的影响194.2.2 温度对缓蚀率的影响214.2.3 浓度对缓蚀率的影响234.2.4 复配体系对缓蚀率的影响254.3 耐氧缓蚀剂缓蚀机理研究26第5章 结论28致 谢29参考文献30第1章 绪论第1章 绪论腐蚀是物质在所处环境媒介的化学作用或氧化还原作用下所发生的变质和损毁1,2。金属在不同环境介质的作用下均会发生腐蚀，腐蚀的发生过程伴随着化学机理、电化学机理以及物理作用。这种自发形成的破坏会增加材料的损耗、降低设备的

10、性能。据统计，全世界每年由于腐蚀所造成的利益损减占总量的3%到5%，中国每年由于腐蚀造成的利益损减占国内生产总值的3.34%，人均约为1550元3。如果施行相应措施将腐蚀损失减少千分之一，其中所带来的贡献意义就十分重大。伴随着三次采油技术近年来的发展与变革，采油技术得到飞跃式的发展，尤其是混相注气驱采油技术更是得到多个国家的认可，该项技术自1990年初至今被应用在上千项注气采油工程之中4，这一技术不仅可以明显提升石油采集量，并且还具有节约成本的投入、在各油田中使用范围广以及有助于减少温室气体的排放等优势。然而由于注气驱油技术会使得管内二氧化碳与氧气含量增加，因此油田产业中需要应对的二氧化碳与氧

11、腐蚀危机更为严峻5,6。油田管道中面临的CO2带来的腐蚀问题在目前的缓蚀研究中已经接近完善，大多采用含钼类耐蚀钢7及FRP（纤维增强复合材料）套管以及添加抑制剂得到保护；然而氧气对采油系统所带来的腐蚀问题目前保护并不完善，由于氧气所带来的穿孔腐蚀、缝隙腐蚀8问题严重破坏井田设备的有效寿命，且随着含氧量的升高，腐蚀带来的问题将会越发严重。反应前缘区氧气未波及区反应后缘区010%21%生产井注入井产层驱替前缘被驱替的油带和水氮气、二氧化碳、原油和水残余油和水空气氧浓度剖面图1-1 注空降温氧化示意图Fig.1-1 LTO techniques of air injection由图1-1可以看出，在

12、注气井中，由于注空气的过程中伴有氧气含量的增加，分压也较高。在气相区与液相区界面处的管壁上，易变化出凝析水膜而产生腐化侵蚀，当膜厚升到一定值时，腐蚀速率升到最大。空气注入地层后，由于井底高温高压的环境氧气和油田水中含碳物质还会发生氧化生成CO2，进一步与水生成碳酸而发生电化学反应，局部产生起泡鼓裂造成严重的局部腐蚀9。因此现如今氧腐蚀问题是国内各大油田仍需研究解决的问题，这一问题也同时制约着注气井采油技术的发展。1.1 防腐蚀技术氧腐蚀问题带来了巨大的经济损失，而采取相应的防腐蚀技术，在一定程度上能够显著降低经济损失，推广防腐蚀技术有极其重要的社会意义和经济意义。目前国内外常见的防腐耐蚀方法有

13、选用耐蚀性好的材料、表面涂料涂刷技术、阴极保护技术、添加缓蚀剂等，各类防腐蚀方法优缺点如下表1-1所示。表1-1 常用防腐技术优缺点Table 1-1 The comparison of popular Anticorrosion Techniques防腐蚀技术优点缺点选用耐蚀性材料稳定、基本不需要腐蚀监测一次性投资大，不同材质管材接触处易发生电偶腐蚀阴极保护技术抑制引起腐蚀发生的电子迁移保护电位要求较大涂层和衬里具有良好的耐腐蚀性成本高，不耐物理损伤添加缓蚀剂初期投资少，用量少，见效快，适应性强，操作简便防止外腐蚀效果不好，1.1.1 耐蚀材料选择伴随着油井开发深度的不断增加，井内各种气体混

14、合、氧气携带量增加、离子混合环境也越发复杂恶劣，溶解氧含量也大幅度增加，腐蚀问题也越发严重。由于腐蚀导致的材质穿孔、断裂问题将会诱发许多安全危害，为了保障性能要求，保障安全，国外首先选取了含Mo、Cr、Ni等耐蚀性好的元素添加到钢材中10。材料耐氧腐蚀性能会随Cr含量的增大而升高11,12，铬一方面可以让铁材质的电极电位提高，另一方面可在材质表面氧化构成致密的保护氧化膜。目前常用的耐氧蚀性材料有1Cr18Ni9Ti、HP-1-13Cr、028镍基合金等。Ardjan Kopliku13,14主要贡献成果是028镍基合金在高温高压高离子环境下的耐蚀情况，其在高温、高H2S、高Cl-离子下材料的耐

15、蚀性良好，随着温度升到260 以上时，耐蚀效果才逐渐减小，这种耐蚀性能极高的材质对油田防腐技术的应用与科学研究都具有重要意义。1.1.2 阴极保护技术阴极保护技术是电和化学作用一类的防腐技术，通过外媒介施加直流电施行保护而简称为电保护。阴极保护技术是目前国内外普遍采取的省钱成效的防腐蚀方法。材料的阴极保护主要通过外媒介加电流和牺牲阳极这两种方式实现耐蚀效果。外加电流阴保法是通过接入细微直流电，使协助极将微电流输送到需要耐蚀作用的材质表面，使材质表面得到充分保护。牺牲阳极阴保方法是在系统中加入一种电位更负的金属与需要保护材质物相连，利用电负性之间的差异使电位小的金属被牺牲消耗，可以给被维护物质提供保护电流，使物质基体耐蚀性提高。在油田环境中两种保护技术根据不同情况各有利弊，合理选用保护措施使被保护体极化以降低腐蚀速率可有效提高防腐蚀效率。目前常用牺牲阳极法应对氧腐蚀问题，选用MG-15镁阳极作为牺牲部分，可以保护时长达近30年15,16。由图1-2可以知道，金属阳极初始电位为Ea ，阴极初始电位为Eb 。腐蚀过程中由于极化作用，电位相交于点S ，对应腐蚀电位Ecorr 与腐蚀电流Icorr 。通过阴保技术可以令