咪唑啉季銨鹽的復(fù)配及緩蝕性能評(píng)價(jià)

吳效楠，強(qiáng)琳輝，許 晗

(承德石油高等專科學(xué)校 化學(xué)工程系，河北 承德 067000)

近幾十年,在我國(guó)部分油氣田中含CO2的高礦化度地層水腐蝕管道設(shè)備的情況比較突出,其腐蝕問(wèn)題嚴(yán)重限制和威脅著石油、天然氣生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定[1]。目前，油田用于防腐蝕的方法有很多，主要是向油田注水中加入定量的緩蝕劑來(lái)達(dá)到緩蝕效果[2]。其中咪唑啉型緩蝕劑作為一種低毒、高效的水基緩蝕劑，能夠有效地抑制CO2對(duì)金屬的腐蝕[3,4]。但是單一的緩蝕劑效果并不是很理想,而且用量較大、費(fèi)用較高。因此，對(duì)咪唑啉緩蝕劑進(jìn)行復(fù)配,研究出用量少且緩蝕率較高的復(fù)配緩蝕劑十分必要[5]。本文分別采用油酸、月桂酸、苯甲酸與二乙烯三胺反應(yīng)生成咪唑啉，并與氯乙酸鈉合成相應(yīng)的咪唑啉季銨鹽。同時(shí)利用靜態(tài)掛片失重法和極化曲線法研究了上述咪唑啉季銨鹽與丙炔醇(PRAL)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)及二乙烯三胺五甲叉膦酸(DETPMP)復(fù)配后在飽和CO2油田水中的緩蝕性能。

1 實(shí)驗(yàn)原理

1.1 油酸咪唑啉季銨鹽的合成

1.2 月桂酸咪唑啉季銨鹽的合成

1.3 苯甲酸咪唑啉季銨鹽的合成

1.4 二乙烯三胺五甲叉膦酸(PAMMP)的合成

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 咪唑啉季銨鹽緩蝕劑的合成

參照文獻(xiàn)[6-7]，將一定量的油酸、月桂酸及苯甲酸分別與二乙烯三胺、氯乙酸鈉反應(yīng)，通過(guò)兩步脫水法得到相應(yīng)的咪唑啉季銨鹽產(chǎn)品。

2.2 PAMMP的合成

參照文獻(xiàn)[8]，將二乙烯三胺與環(huán)氧氯丙烷進(jìn)行縮合反應(yīng)得到產(chǎn)品。

2.3 復(fù)配緩蝕劑制備

將三種咪唑啉季銨鹽與模擬油田水配制成250 mL質(zhì)量濃度為60 mg/L的緩蝕劑溶液，分別按照不同的質(zhì)量比加入PRAL、SDBS和DETPMP進(jìn)行復(fù)配。

表1 復(fù)配緩蝕劑的組成

2.4 復(fù)配緩蝕劑性能評(píng)價(jià)

根據(jù)中國(guó)石油天然氣股份有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(Q/SY 126-2007)配制模擬油田水[9]，并依據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(SY/T 5273-2000)在飽和CO2狀態(tài)下對(duì)各組復(fù)配緩蝕劑在模擬油田水中的緩蝕率進(jìn)行測(cè)定[10]。

采用極化曲線法在CHI600E電化學(xué)工作站上測(cè)試極化曲線。工作電極為A3鋼片(面積1 cm2)，砂紙打磨至1 200目，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑電極，腐蝕介質(zhì)選用不同濃度復(fù)配緩蝕劑的模擬油田水體系，實(shí)驗(yàn)溫度25±1 ℃，極化曲線電位掃描由陰極向陽(yáng)極進(jìn)行，掃描速率為0.166 mV/s。

3 結(jié)果與討論

3.1 復(fù)配緩蝕劑的緩蝕效果

按照步驟2.3將質(zhì)量濃度為60 mg/L的三種咪唑啉季銨鹽緩蝕劑溶液分別參照表1加入PRAL、SDBS和DETPMP進(jìn)行復(fù)配，并檢測(cè)緩蝕效果。

油酸咪唑啉季銨鹽、月桂酸咪唑啉季銨鹽、苯甲酸咪唑啉季銨鹽復(fù)配后的緩蝕效果分別如圖1、圖2、圖3所示。

由圖1～圖3可知，三種咪唑啉季銨鹽的復(fù)配緩蝕效果均隨著復(fù)配質(zhì)量比的增加而增強(qiáng)，除了苯甲酸咪唑啉與SDBS復(fù)配以外，其余咪唑啉季銨鹽與DETPMP復(fù)配后的效果均強(qiáng)于PRAL與SDBS。其中，緩蝕效果最佳的是油酸咪唑啉季銨鹽與DETPMP按1：0.6(質(zhì)量比)進(jìn)行復(fù)配，緩蝕率達(dá)到93.7%，且隨著配比的增加緩蝕率基本保持不變，說(shuō)明此時(shí)的復(fù)配緩蝕劑已達(dá)到該條件下的最大吸附量。三種咪唑啉季銨鹽與各組復(fù)配試劑的最佳復(fù)配條件如表2所示。

表2 復(fù)配緩蝕劑的最佳配比

3.2 最佳復(fù)配緩蝕劑對(duì)A3鋼片的緩蝕作用

將表2中的三組最佳復(fù)配緩蝕劑與模擬油田水分別配成質(zhì)量濃度為60 mg/L的溶液，在飽和CO2條件下檢測(cè)鋼片在上述溶液中的Tafel曲線(按照極化曲線法測(cè)試)，結(jié)果如圖4所示。

從圖4極化曲線可以看出，三組復(fù)配緩蝕劑加入后對(duì)腐蝕反應(yīng)的陰、陽(yáng)極過(guò)程都有很大的抑制作用，且在陰極的極化曲線斜率相近，因此緩蝕效果相似。在陽(yáng)極腐蝕過(guò)程中，三組復(fù)配緩蝕劑的自腐蝕電流密度下降更為顯著，此時(shí)在金屬表面形成的保護(hù)膜比較完整和致密，能夠較好地阻止金屬受到進(jìn)一步腐蝕。而且D13、D23的平衡電位較S34明顯正移，斜率也大于后者，可知三組復(fù)配緩蝕劑的緩蝕效果區(qū)別在陽(yáng)極腐蝕。因此，三組咪唑啉季銨鹽對(duì)A3鋼片均是一種以陽(yáng)極抑制為主的混合型緩蝕劑。

4 結(jié)論

通過(guò)將合成的三種咪唑啉季銨鹽分別與丙炔醇(PRAL)、十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、二乙烯三胺五甲叉膦酸(DETPMP)進(jìn)行復(fù)配，發(fā)現(xiàn)在一定條件下油酸咪唑啉季銨鹽與DETPMP復(fù)配后的緩蝕效果最好，最高緩蝕率可達(dá)93.7%。電化學(xué)極化曲線法結(jié)果也表明，各組咪唑啉季銨鹽的最佳復(fù)配緩蝕劑對(duì)A3鋼片的緩蝕機(jī)理相同，均主要通過(guò)抑制陽(yáng)極反應(yīng)來(lái)達(dá)到緩蝕效果，此電化學(xué)行為也是大部分咪唑啉型緩蝕劑的突出特征。今后還應(yīng)對(duì)此類型復(fù)配緩蝕劑的緩蝕效果與溫度的關(guān)系做進(jìn)一步的研究。