研 究 石油 化工腐蚀与 防护 Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ＆Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ２ ０ １ ２，２ ９（１） ・ １ ４ ・
水溶性缓蚀剂在中低二氧化碳气井的应用
董晓焕，姜 毅，杨志伟，付彩利 （中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司，陕西西安７１００２１） 摘要：中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司上古气井具有中低二氧化碳、高矿化度及 介质ｐＨ值变化大的腐蚀特点，同时气井井筒温度多处于腐蚀行为和机理多变的敏感区（６０～ １００℃），这些特点对缓蚀剂的适应性提出了较高的要求。该文主要针对上述腐蚀环境的行为特征， 通过缓蚀剂物化性能、相关配伍性、电化学性能、高温高压及现场井筒挂片质量损失分析，研究开发 出适合中低ＣＯ 、高矿化度水气井腐蚀环境的水溶性缓蚀剂（ＨＧＣＱ），具有水溶性良好，高温及低温 稳定性优良，与甲醇及甲基二乙醇胺（ＭＤＥＡ）配伍性好的特点。室内研究了该缓蚀剂的缓蚀机理为 阳极抑制型，确定其现场最佳加注质量浓度为３００ ｍｇ／Ｌ。进行了模拟占古气井筒腐蚀环境的高温高 压腐蚀试验和现场一口气井３个月的质量损失挂片测试，结果表明该缓蚀剂缓蚀效果明显，可以有 效控制气井管柱的腐蚀。 关键词：ＣＯ 腐蚀缓蚀剂气井管柱 中图分类号：ＴＧ１７４．４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—０１５Ｘ（２０１２）０１—００１４—０４ 二氧化碳腐蚀是油气生产中遇到的最普遍的 一种侵蚀形式，特别是在使用碳钢和低碳钢的环 境中，通常会导致非常高的腐蚀速率和严重的局 部腐蚀。中国石油天然气股份有限公司长庆油田 分公司（以下简称长庆油田分公司）上古气井具 有中低二氧化碳、高矿化度及介质ｐＨ值变化大 的腐蚀特点，近几年，通过井筒质量损失挂片及井 筒腐蚀检测等手段，明确了子洲、榆林上古中低二 氧化碳生产气井主要以均匀腐蚀为主，但个别高 产水、高矿化度井区在气井的中部或下部也存在 较严重的腐蚀井段。针对此类腐蚀特点，研究适 合高效的缓蚀剂类型，通过缓蚀剂物化性能、配伍 性能、电化学性能、高温高压质量损失评价及现场 试验分析等较系统的研究，为缓蚀剂在实际状况 下的应用提供了强有力的理论依据。
１ ＨＧＣＱ缓蚀剂合成及复配 １．１缓蚀剂合成 针对产水量大，矿化度较高的气井，需要开发 水溶性ＣＯ 缓蚀剂。目前在用的水溶性ＣＯ 缓 蚀剂在高温、高矿化度和高ｐＨ值的环境中常表 现出较低的缓蚀效率。针对长庆油田分公司气井 中低ＣＯ 、高矿化度和高ｐＨ值的特点，引入含ｓ 和Ｐ的极性基团、设计有多吸附中心的咪唑啉衍 生物缓蚀剂主体化合物、利用凝析油一原油的协 同作用，来实现缓蚀剂的宽适应性和高效性要求， 合成流程见图１。
图１缓蚀剂合成路线 Ｆｉｇ．１ Ｒｏｕｔｅ ｏｆ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ １．２缓蚀剂的复配 使用可与水混溶的溶剂（或加入表面活性剂 作分散剂），将合成缓蚀剂在水中进行分散溶解 后，再加人一定量辅助药剂进行复配，得到不同样 品，用于实验室评价。 收稿日期：２０１１—０９—２２；修改稿收到日期：２０１１一ｌｌ一２８。 作者简介：董晓焕（１９７１一），女，２００４年毕业于西安石油大 学，硕士，现在中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公 司油气工艺研究院从事油气田防腐蚀研究工作。Ｅ—ｍａｉｌ： ｄｘｈｕａｎｅｑ＠ｐｅｔｒｏｃｈｉｎａ．ｔｏｍ．ｃｎ。
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２ ＨＧＣＱ缓蚀剂物化性能及配伍性研究 缓蚀剂物化性能及配伍性均是缓蚀剂的重要 性能，物化性能决定缓蚀剂的应用范围，配伍性能 包含了缓蚀剂与生产体系相互作用的一些方 面 ］，因此，缓蚀剂的物化性能及配伍性能评价 对保证缓蚀剂在现场的有效使用是很重要的。 ２．１水溶性评价 依据ＳＹ／Ｔ５７２３—２０００《水溶性测定方法》， 用量筒取９０ ｍＬ溶剂，移入到１００ ｍＬ具塞比色管 中，用移液管向比色管中加入１０ ｍＬ缓蚀剂样品， 盖上瓶塞，摇动５ ｒａｉｎ，使其混合均匀。分别观察 常温及６０℃恒温水浴条件下３０ ｍｉｎ及２４ ｈ时溶 液的变化情况。 ２．２稳定性 将体积分数为０．０３％，１０．０％和１００％的３ 种缓蚀剂溶液２０ ｍＬ，在１１０ ｑＣ条件下放置７ ｄ （１６８ ｈ），观察其热稳定性。 将体积分数为１％，５％，１０％和１００％的４种 的缓蚀剂分别与体积分数为４０％的甲醇水溶液 混溶２Ｏ ｍＬ，在一２０℃条件下放置７ ｄ（１６８ ｈ），观 察其低温稳定性。 ２．３ 配伍性 将２００，６００和１ ０００ ｍｇ／Ｌ三种不同质量浓 度的缓蚀剂分别与体积分数为４０％的甲醇水溶 液混溶后，在常温下放置７ ｄ（１６８ ｈ），观察其配伍 性。 将２００，６００和１ ０００ ｍｇ／Ｌ三种不同质量浓 度的缓蚀剂与分别与体积分数为４０％的甲基二 乙醇胺水溶液混溶，在常温下放置７ ｄ（１６８ ｈ），观 察其配伍性。测试结果见表１。
表１ 缓蚀剂水溶性和稳定性及配伍性 Ｔａｂｌｅ １ Ｗａｔｅｒ ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ。ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ 项目 承游拦｜｜ ｌ 。 猛 卯℃。 ｜ 。 “ ｜ 确定 府瘟ｆ１１０豁 掰稼ｆ一２Ｏ℃ 配伍性 甲醇 甲基二乙醇胺 堙＿象 均槽，泼 嬲剪槽Ｊ赏 ｜游蔽 毒亩授 淡费彦游膣，均裙 薯 淡赏彦０ －－ 触￡星菠费色， 黄龟逮啖龟遵氓｜ ０ －－｜蔫蕊强龟 ｜ ｜ ｜｜｜薯薯 鼍鹊抵 铬聚涟 燃 嫱淹 稳疑 姆 竞 据。 ｜ ｜ｊ 讴 疑≮０ 僦 ３ ＨＧＣＱ缓蚀机理电化学研究 电化学测试可以快速评价缓蚀剂缓蚀机理及 缓蚀效果 Ｊ。电化学极化测试参数：电位扫描范 围一１００～１５０ ｍＶ；扫描速率：０．１６６ ｍＶ／ｓ；温度： 室温；工作电极为圆片状Ｎ８０钢样，试验进行过 程中实时测量空白水样及加入１５０，３００和５００ ｍｓ／Ｌ三种不同质量浓度的缓蚀剂的极化曲线。 极化曲线测试结果见表２，测试曲线见图２。 表２极化曲线测试缓蚀效率 Ｔａｂｌｅ ２ Ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅｓ 质量浓度／自腐蚀电 腐蚀电流密唐ｃ／ 腐蚀 基率／ 缓蚀率ｌ＇ （ｍｓ： Ｌ ） ｍＶ （赫焱叠ｃｍ尊。） （ｎ蛐 ａ ） ％曩 ０ —６６ ７ Ｏ． １＂７８ 矗 １５０ —６２５．９ 晚 ， ｌ Ｉ ９ ３００ —６１８．５ Ｏ．０６１ ｌ ，。 ｌ Ｅ 室 塞 ５００ —６０４・９ １３．０： ；壹 Ｉ Ｉ ｊ ｌＩ 鳓 极化曲线测试表明：加入缓蚀剂后，金属材料 的腐蚀电位明显发生了正方向移动，阳极极化曲 线的塔菲儿斜率加大，金属腐蚀减缓。说明该类 缓蚀剂属于阳极抑制型缓蚀剂 。从缓蚀效率 结合经济安全等多方面考虑，可推荐缓蚀剂最佳 加注质量浓度为３００ ｍｇ／Ｌ。 一４１Ｏ －４８０ 一５５０ 裔一６２０ ６９０ －７６０ —１３—１２—１１—１０—９—８—７—６—５—４—３—２—１ Ｉ Ｌ０昏４ 图２不同缓蚀剂质量浓度下的极化曲线 Ｆｉｇ２ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｃｕｒｖｅ ｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ ４ 高温高压及现场井筒质量损失挂片 ４．１ 室内高温高压模拟试验
模拟长庆油田分公司靖边气田生产气井平均 第１期 董晓焕等．水溶性缓蚀剂在中低二氧化碳气井的应用 ・１７・ 从图３和图４的扫描电镜微观形貌发现，未 加缓蚀剂试样表面腐蚀较严重，腐蚀产物主要是 ＦｅＣＯ 及Ｆｅ的氧化物；加入缓蚀剂的试样表面较 光滑，腐蚀轻微，除表面零星沉积ＮａＣ１之外，表面 主要是ｃａ及Ｐ化合物，该类化合物在试样表面 致密均匀，对金属基体起到较好的保护作用。
５结论及认识 （１）ＨＧＣＱ型水溶性缓蚀剂物化性能、配伍 性研究表明：该缓蚀剂溶解性良好，高温及低温稳 定性好，与甲醇及ＭＤＥＡ配伍性良好。 （２）缓蚀剂电化学研究表明：ＨＧＣＱ缓蚀剂 属于阳极抑制型缓蚀剂，对于低腐蚀气井，最佳缓 蚀剂加注质量浓度为３００ ｍｇ／Ｌ左右。 （３）模拟井筒高温高压的腐蚀环境和现场质 量损失挂片试验表明：该缓蚀剂缓蚀效果明显，可 以有效控制气井管柱的腐蚀。
参考文献 ［１］唐永帆，闫康平，李辉，等．油气井防腐用缓蚀剂的评选程 序研究［Ｊ］．石油与天然气化工，２００４，３３（６）：４２７４２９． ［２］宋诗哲．腐蚀电化学研究试验方法［Ｍ］．北京：化工出版社， １９９８：６． ［３］曹楚南．腐蚀电化学原理［Ｍ］．北京：化学工业出版社， ２００４：２３５． （编辑寇岱清）
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗａｔｅｒ Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ｉｎ Ｇａｓ ＷｅＵ ｗｉｔｈ Ｌｏｗ ＣＯ２ Ｄｏｎｇ Ｘｉａｏｈｕａｎ，Ｊｉａｎｇ Ｙｉ， Ｚｈｉｗｅｉ，Ｆ Ｃａｉｌｉ （ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａ Ｃｈａｎｇｑｉｎｇ Ｏｉｌ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｘｉ＇ａｎ，Ｓｈａａｎｘｉ ７１００２１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ Ｓｈａｎｇｇｕ Ｇａｓ Ｗｅｌｌ ｏｆ ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａ Ｃｈａｎｇｑｉｎｇ Ｏｉｌ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｐａｎｙ ｉｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｂｙ ｌｏｗ ＣＯ２，ｈｉｇｈ ｍｉｎｅｒａｌｉｔｙ ａｎｄ ｇｒｅａｔｅｒ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｐＨ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｍｅｄｉａ，ａｎｄ ｇａｓ ｗｅｌｌｇ ｔｕｂｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ａｒｅ ｍｏｓｔｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｒａｎｇｅ（６０—１００℃）ｗｈｅｒｅ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｃｈａｎｇｅ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ．Ａｌｌ ｔｈｅｓｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｉｍｐｏｓｅ ａ ｈｉｇｈ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ．Ｂａｓｅｄ ｕｐｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｇ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏ—ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｍａｓｓ—ｌｏｓｓ ｏｆ ｃｏｕｐｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｎ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｗｅｌｌ ｔｕｂｅ，ａ ｗａｔｅｒ—ｓｏｌｕｂｌｅ ｃｏｒｏｓｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ（ＨＧＣＱ）ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ ｇａｓ ｗｅｌｌｓ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ＣＯ２ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｍｉｎｅｒａｌｉｔｙ．Ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ｉｓ ｇｏｏｄ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ，ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｉｎ ｈｉｇｈ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｌｏｗ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｉｅｓ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｉｎ ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ ｗｉｔｈ ｍｅｔｈａｎｏｌ ａｎｄ ＭＤＥＡ．Ｔｈｅ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｔｅｓｔｓ ｈａｖｅ ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ｉｓ ａｎｏｄｅ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｔｙｐｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｄｏｓａｇｅ ｉｓ ３００ ｍｇ／Ｌ．Ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ—ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ Ｊｉｎｇｂｉａｎ ｇａｓ ｗｅｌｌ ａｎｄ ３ ｍｏｎｔｈｓ ｍａｓｓ—ｌｏｓｓ ｆｉｅｌｄ ｃｏｕｐｏｎ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｎ ａ ｇａｓ ｗｅｌｌ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ ｉｓ ｇｏｏｄ ｉｎ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ ｐｉｐｅ ｏｆ ｇａｓ ｗｅｌ１． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＯ２ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ，ｐｉｐｅ ｏｆ ｇａｓ ｗｅｌｌ
工信部全文发布 《石化和化学工业“十二五”发展规划》 工信部全文发布《石化和化学工业“十二五”发展规 划》（下称《规划》，作为国家维护能源安全的重要领域，成 品油仍然是“十二五”石化行业发展的重中之重。对此， 《规划》指出，成品油“北油南运”状况“十二五”期间要得 到改善。长三角、珠三角、环渤海地区三大石化产业区集 聚度进一步提高，形成３—４个２０ Ｍｔ级炼油及３个２ ０００ ｋｔ级乙烯生产基地；配合国家油气战略通道建设，完善东 北、西北、西南石化产业布局。 （王菁辉摘自《新华网》）