高溫酸化緩蝕劑緩蝕效果試驗研究

潘文啟，胡名家，程芳，廉玉起，胡科先

1.中國石油長慶油田分公司技術監測中心（陜西西安710018）2.西安長慶化工集團有限公司（陜西西安710065）

■計量

高溫酸化緩蝕劑緩蝕效果試驗研究

潘文啟1，胡名家2，程芳2，廉玉起2，胡科先1

1.中國石油長慶油田分公司技術監測中心（陜西西安710018）2.西安長慶化工集團有限公司（陜西西安710065）

高溫酸化緩蝕劑腐蝕速率的檢測主要依據石油天然氣行業標準SY/T 5405—1996《酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》。在緩蝕劑檢測過程中，發現腐蝕速率受到緩蝕劑加量、實驗儀器、操作方法等因素的影響。通過實驗驗證提出：行業標準中緩蝕劑的加量為一個范圍，不同加量時，判定結果不一致，且腐蝕速率小于一級評價指標；實驗儀器的材質和反應釜容積對實驗結果影響較大；鋼片與酸液反應的時間越長，腐蝕速率越大，建議限定實驗儀器升溫至測定溫度的時間應＜1h；高溫高壓反應釜中的氧氣會影響腐蝕速率的檢測結果；緩蝕劑單劑的評價結果與酸液體系的評價結果差異較大。

酸化用緩蝕劑；腐蝕速率；行業標準

高溫酸化緩蝕劑是油田酸化過程中必不可少的關鍵產品，其質量好壞直接關系到施工安全以及油田經濟效益。目前，酸化用緩蝕劑的檢驗主要依據石油天然氣行業標準SY/T 5405—1996《酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》，其中高溫酸化緩蝕劑腐蝕速率主要為高溫高壓動態腐蝕速率。在高溫高壓動態腐蝕速率的檢測過程中，發現腐蝕速率受到緩蝕劑加量、實驗儀器、操作方法等因素的影響，在一定程度上制約著高溫酸化緩蝕劑的客觀評價[1-6]。所以從影響緩蝕速率檢測結果的因素著手，對檢測各環節可能存在的不足進行了分析，通過實驗驗證，提出了相應的改進措施。

1 高溫酸化緩蝕劑對腐蝕速率的影響

1.1 緩蝕劑加量對檢測結果判定的影響

表1為SY/T 5405—1996《酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》高溫高壓動態腐蝕速率測定條件及緩蝕劑評價指標。

從表1可以看出，針對不同濃度的酸液，緩蝕劑的加量是一個范圍。在緩蝕劑腐蝕速率檢測過程中，發現在標準規定的范圍內，不同緩蝕劑加量導致產品判定結果不一致。

通過A緩蝕劑在140℃、16 MPa、60 r/min、4h條件下的檢測實驗數據（表2）可以看出，A緩蝕劑按照SY/T 5405—1996《酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》檢測，出現3個判斷結果，如果以符合一級指標要求來判定合格，則A緩蝕劑加量2%時，判定結果為不合格；同時，A緩蝕劑加量3%時，檢測數據優于一級指標，在行業標準中無法判定結果，顯然行業標準中一級指標的數據范圍不合理。

1.2 實驗儀器對腐蝕速率的影響

1.2.1 實驗儀器材質對腐蝕速率的影響

SY/T 5405—1996《酸化用緩蝕劑性能試驗方法及評價指標》中4.2.1條款只是對實驗儀器的工作溫度、工作壓力、轉速有一定要求，但是這些要求過于簡單，無法對實驗儀器提供指導性意見。

行業標準所示實驗儀器沒有對反應釜、掛片器、攪拌器材質作出明確規定，而這些對于實驗數據有較大的影響，實驗數據見表3。

從表3可以看出，反應釜、掛片器、攪拌器材質對鋼片腐蝕速率有較大的影響。主要原因：與酸液直接接觸的實驗儀器材質為金屬材質時，酸液中的緩蝕劑會吸附在金屬材質表面，降低酸液中緩蝕劑的有效濃度。由于反應釜、掛片器、攪拌器與酸液接觸的面積遠大于鋼片表面積，所以大量緩蝕劑會吸附在實驗儀器上，對實驗結果造成了較大影響。

1.2.2 反應釜容積對腐蝕速率的影響

目前行業標準對實驗儀器的反應釜容積未做具體要求，而不同廠家生產的高溫高壓動態腐蝕儀反應釜容積也是大小不一，反應釜在倒入酸液，掛上鋼片后密封，釜內剩余的空間主要是空氣，加熱加壓后，會形成氮氣、空氣、HCl及水蒸汽、氫氣的混合物，將混合氣體看成是理想氣體，混合氣體物質的量越大，相應的鹽酸蒸汽物質的量就越大，反應釜內鹽酸的濃度就越低，腐蝕速率相應的會變小，即反應釜容積與腐蝕速率之間呈反比關系。

1.3 操作方法對腐蝕速率的影響

1.3.1 反應總時間對腐蝕速率的影響

在依據行業標準檢測高溫高壓動態腐蝕速率的實驗中，僅對達到測定所需溫度后的反應時間做出了4 h的規定，而不同的實驗儀器，升溫時間不一致，短的可能幾十分鐘，長的近2 h，主要原因是現有的實驗儀器中，不可能直接以最快速度升溫至目標溫度，而是先以最快速度升溫至某一溫度（由實驗經驗來定），然后利用熱源余熱升溫至目標溫度。另外，部分實驗儀器只有在降溫后才能排放殘酸，在降溫至排殘酸的過程中，鋼片仍在和酸液反應，勢必會增加腐蝕速率，表4為不同反應時間對腐蝕速率的影響。

表1 高溫高壓動態腐蝕速率測定條件及緩蝕劑評價指標

表2 不同緩蝕劑加量下高溫高壓動態腐蝕速率檢測

表3 儀器材質對高溫高壓動態腐蝕速率的影響

從表4可以看出，鋼片與酸液反應時間變長會增大所檢測的腐蝕速率。

1.3.2 空氣對腐蝕速率的影響

高溫高壓動態腐蝕儀反應釜在密封后會有空氣在其中，行業標準中并沒有說明如何處理，但是釜中的氧氣在高溫高壓環境下參與鋼片的化學腐蝕和電化學腐蝕，會加快鋼片腐蝕的速度，實驗結果見表5。

從表5可以看出，用氮氣置換反應釜內的空氣后，腐蝕速率有所下降。主要原因：化學腐蝕和電化學腐蝕都是鐵原子失去電子變成離子的過程，也就是金屬在腐蝕過程中發生了氧化還原反應，在高溫液體中，溶解氧的存在往往使不銹鋼表面生成的氧化物比較疏松，這些氧化物較不銹鋼更容易和酸液反應，從而加快了不銹鋼的腐蝕速率，因此，溶解氧超過某一濃度將導致腐蝕加劇。

1.4 酸液體系添加劑對腐蝕速率的影響

目前，行業標準僅適用于緩蝕劑單劑的評價，雖然酸液體系腐蝕速率仍可參考緩蝕劑單劑的評價方法，但是尚無酸液體系的評價指標。在實驗過程中，發現緩蝕劑單劑的評價結果與酸液體系的評價結果差異較大，實驗結果見表6。

從表6可以看出，緩蝕劑單劑的評價結果遠好于酸液體系的評價結果，主要原因：添加劑大部分都是表面活性劑，較高濃度的表面活性劑具有很強的洗滌能力，并與緩蝕劑在鋼片上的吸附形成競爭關系，不利于緩蝕劑在鋼片表面吸附形成保護膜。

表4 反應總時間對高溫高壓動態腐蝕速率的影響

表5 空氣對高溫高壓動態腐蝕速率的影響

表6 添加劑對高溫高壓動態腐蝕速率的影響

2 結論及建議

1）行業標準中緩蝕劑的加量為一個范圍，不同加量時，判定結果不一致，且腐蝕速率小于一級評價指標的未能給出判定，不利于指導緩蝕劑的評價，建議統一緩蝕劑的加量，并對緩蝕劑一級評價指標作出修改。

2）標準中對實驗儀器的材質和反應釜容積未做要求，而實驗儀器中與酸液接觸的反應釜、攪拌軸、掛片器若為金屬材質，會大量吸附緩蝕劑，造成緩蝕劑有效濃度降低，對實驗結果影響較大，建議這部分配件采用或加裝聚四氟乙烯套筒，同時限定反應釜容積。

3）鋼片與酸液反應的時間越長，腐蝕速率越大，建議限定實驗儀器升溫至測定溫度的時間應＜1 h。

4）高溫高壓反應釜中的氧氣會影響腐蝕速率的檢測結果，建議反應釜在密封后，通入氮氣置換出釜內的空氣。

5）緩蝕劑單劑的評價結果與酸液體系的評價結果差異較大，為了更符合實際應用情況，建議標準中加入酸液體系腐蝕速率的評價指標。

[1]王勤娜.高濃度鹽酸緩蝕劑研究[J].石油化工腐蝕與防護, 1999,16(3)：43-54．

[2]劉瑜珩,劉樹文.LX-1高溫酸化緩蝕劑的研究[J].山東化工，2010,39(1)：14-17,21．

[3]張天勝.緩蝕劑[M].北京：化學工業出版社,2002．

[4]曹楚南,陳家堅.緩蝕劑在油氣田的應用[J].石油化工腐蝕與防護,1997,14(4)：34-36.

[5]朱苓.緩蝕劑緩蝕作用的研究方法[J].腐蝕與防護,1999, 20(7)：300-303．

[6]林海潮.緩蝕劑研究的進展[J].腐蝕科學與防護技術,1997, 9(4)：308.

The corrosion rate detection of the high temperature corrosion inhibitors for acidizing is mainly according to the petroleum and natural gas industry standard SY/T 5405-1996"Test Methods and Evaluation Index of Corrosion Inhibitors for Acidizing".In the corrosion rate detection of inhibitors,it is found that the corrosion rate is influenced by the dosage of corrosion inhibitor,experimental apparatus,operation method,etc.Experimental results show that：in the industry standard,the dosage of corrosion inhibitor is a range, the judgment result is inconsistent when the dosage is different,and the corrosion rate is smaller than the first grade evaluation index; the material of the experimental instrument and the volume of the reactor have a great influence on the experimental results;the longer the reaction time of steel sheet and acid solution,the greater the corrosion rate,and it is suggested that the time interval from the temperature rising of experimental instrument to the detection temperature should be less than 1 h;the oxygen in the autoclave will affect the detection of corrosion rate;there is a big difference between the evaluation results of the inhibitor and the acidizing fluid system.

corrosion inhibitor for acidizing;corrosion rate;industry standard

2017-05-11

潘文啟（1962-），男，高級工程師，現主要從事油氣增產、壓裂工藝研究。