試析一種油田注水緩蝕劑的合成及性能評價

汪沈陽 張俊成 白海輝 邵紅梅(中原油田分公司采油工程技術(shù)研究院 河南 濮陽 457001)

隨著油田的持續(xù)開發(fā)，油井產(chǎn)出液含水量不斷增加，污水處理難度也大大增加。我國的大多數(shù)油田目前都是將經(jīng)過處理的油田污水回注地層，這樣不僅可以增加油田的產(chǎn)量還能降低開發(fā)油田對環(huán)境的破壞。但是在處理污水的過程中，油田水中所含的硫化氫、重金屬、原油中的懸浮物對污水處理設(shè)備、注水管道、注水井油套管、回水管道等設(shè)備造成十分嚴(yán)重的腐蝕破壞。嚴(yán)重時大量油田污水泄漏，不僅影響了油田的正常生產(chǎn)和作業(yè)安全，對居民的生活生產(chǎn)以及生態(tài)環(huán)境的破壞也是十分嚴(yán)重的，同時浪費(fèi)了大量的自然資源。

一、緩蝕劑在油田注水中的研究現(xiàn)狀

國外對油田注水緩蝕劑技術(shù)的研究比較早，在1949年美國的相關(guān)媒體就對有機(jī)含氧咪唑啉及其衍生物對CO2、H 2S、O 2都具有比較好的抑制作用。目前，咪唑啉緩蝕劑以及衍生物在國外各大油田的使用量是最大的。我國的中科院、以及其他研究院都相繼開發(fā)出多種咪唑啉以及衍生物的防腐劑，其中包括了咪唑啉乙氧基磷酸酯、咪唑啉硫酸酯、咪唑啉含硫衍生物等。雖然我國的咪唑啉化合物產(chǎn)品已經(jīng)非常多，但是對于油田回注水中使用的咪唑啉緩蝕劑卻報道甚少，咪唑啉緩蝕劑還沒有進(jìn)行大面積的推廣使用。我們應(yīng)該對咪唑啉類緩蝕劑及其衍生物進(jìn)行深入的研究，改進(jìn)緩蝕劑在使用過程中的其它副作用。

二、緩蝕劑的合成

以油酸（C17H 33CO OH）和二乙烯三胺（C14H 23N3O 10）作為原料，將其分別放入二甲苯（C8H 10）溶劑中。在充分?jǐn)嚢韬蠹訜幔瑢⒂退岬稳攵蚁┤分校尠繁３诌^一般量，抑制二酰胺（C3H 5O N）的生成。在160攝氏度下反應(yīng)時間為1個半小時，當(dāng)溫度升高達(dá)到220℃時，6個半小時后將會得到黃褐色的咪唑啉中間產(chǎn)物。在季銨化試劑鹵代烴中緩慢的滴入咪唑啉中間產(chǎn)物，其摩爾比為1:1.5,在50℃下反應(yīng)時間達(dá)到2個半小時后，就會得到淺黃色咪唑啉季銨鹽。在攝氏度達(dá)28℃后，以500mg/L咪唑啉季銨鹽的加量，參照《油田采出水用緩蝕劑性能評價方法》采用靜態(tài)失重法，通過24小時掛片評價實(shí)驗(yàn)得到其緩蝕率的數(shù)據(jù)。

通過對比各緩蝕率擇優(yōu)選出最佳合成條件，想要達(dá)到最好的緩蝕性能，油酸（C17H 33CO OH）和二乙烯三胺（C14H 23N3O 10）的最佳投料比為1:1.2，合成時間為8小時，相比其他反應(yīng)時間，在這個時候反應(yīng)中產(chǎn)生可逆反應(yīng)的副產(chǎn)物二酰胺含量最低，性能也更加穩(wěn)定。當(dāng)環(huán)化溫度達(dá)到220℃時，適當(dāng)?shù)奶岣叻磻?yīng)溫度能夠加速合成反應(yīng)。在反應(yīng)的過程中，如果實(shí)驗(yàn)溫度過低，就會導(dǎo)致合成的活性降低，而溫度過高，咪唑啉很有可能被氧化，緩蝕率將會降低。

在所有條件最好的情況下合成咪唑啉中間體，然后將其進(jìn)行季銨化。如果季銨化試劑是D M S時，腐蝕速率為0.12/（mm·a）效果最佳。D M S與咪唑啉中間體的摩爾比為1:1。

三、緩蝕劑的性能評價

以下的評價實(shí)驗(yàn)，都是將最好條件下合成的咪唑啉型季銨鹽作為原料，按照國家制定的緩蝕劑性能評價方法，進(jìn)行掛片評價實(shí)驗(yàn)。

緩蝕性能的好壞會因?yàn)榫徫g劑的多少而發(fā)生改變，在鹽水中加入相應(yīng)量的咪唑啉季銨鹽，在28℃下進(jìn)行為期24小時的掛片評價實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到，緩蝕劑加量的增加腐蝕率就會出現(xiàn)下降趨勢，實(shí)驗(yàn)證明咪唑啉季銨鹽能夠?qū)Ⅺ}水對鋼片的腐蝕起到很好的的緩蝕作用。當(dāng)鹽水中的咪唑啉季銨鹽的含量達(dá)到1000mm/L時，鹽水對鋼的腐蝕速度為每年0.0139毫米。而鋼的緩蝕率達(dá)到82.5%。如果再繼續(xù)增加鹽水中鹽的濃度，腐蝕率上升的幅度并不會大。這極有可能是咪唑啉季銨鹽在金屬表面吸附形成了保護(hù)膜。

鋼片在鹽水中浸泡的時間對緩蝕性能的影響，取鹽水中咪唑啉季銨鹽含量為500mm/L的溶液，放置28℃中，進(jìn)行掛片實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，咪唑啉季銨鹽需要20個小時才能達(dá)到很好的緩蝕效果。經(jīng)過24個小時，腐蝕速率達(dá)到每年0.019毫米厚，腐蝕速度會有上升的趨勢，這說明緩蝕劑的使用效果有一定的時間限制，超過時間緩蝕劑會發(fā)生脫附。

溫度對緩蝕性能的影響，以每升500毫克的咪唑啉季銨鹽濃度的鹽水，放置在腐蝕溫度28,40,50,60,70,80攝氏度下，進(jìn)行24小時的掛片評價試驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，溫度越高，緩蝕劑的效果就會越差，因?yàn)檫溥蜻句@鹽在鋼表面的吸附是一個放熱的過程，如果溫度越高，脫附速度則會加快，同時腐蝕率反應(yīng)速度也會加快。

結(jié)束語

在油酸（C17H 33CO OH）和二乙烯三胺（C14H 23N3O 10）的最佳投料比為1:1.2，咪唑啉中間體的合成時間為8小時，當(dāng)環(huán)化溫度達(dá)到220℃時，中間體與銨化試劑D M S的摩爾比為1:1的條件下合成的緩蝕劑，緩蝕性能是最好的。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)咪唑啉季銨鹽緩蝕劑加量為每升1000毫克時，緩蝕劑能達(dá)到最好的緩蝕效果，但必須是緩蝕劑已在鋼鐵的表面形成保護(hù)膜，否則效果不明顯。而且當(dāng)溫度達(dá)到80℃時，雖然緩蝕劑性能會變差，但是腐蝕速率仍然不會很高。咪唑啉季銨鹽緩蝕劑與KI、SD S和SD B S復(fù)配后能夠達(dá)到更好的緩蝕性能。綜上所示，主要是對我國油田注水開采過程中的腐蝕現(xiàn)狀、油田注水緩蝕劑的種類進(jìn)行介紹，分析了咪唑啉類緩蝕劑的合成和性能評價，以及對我國油田注水開采的重要意義。

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