雙咪唑啉緩蝕劑抑制油田CO2 腐蝕的性能研究

苗萬春，趙夢蘇，楊文靜，黃俊峰

（1.長慶油田第十采油廠，甘肅 慶陽 745100；2.長慶油田第十一采油廠，甘肅 慶陽 745000）

CO2腐蝕是油氣開發領域常見的腐蝕類型之一。近些年，隨著CO2驅油在各個油田的試驗和應用，使CO2腐蝕的問題日益嚴重[1]。CO2驅油是三次采油的一種重要方式提高采收率作用明顯，同時兼具碳埋存作用，有助于降低大氣中溫室氣體含量，但CO2驅油會增加生產井產液中CO2的含量，造成生產井腐蝕嚴重，嚴重影響油氣田生產作業。咪唑啉緩蝕劑以其高效、低成本、低毒性的特點，對于CO2、H2S 等酸性介質都有良好的緩蝕效果，廣泛應用于油氣田開發領域[2]。雙咪唑啉緩蝕劑分子結構中具有兩個咪唑啉環，會在金屬表面形成多個吸附中心，因此較單咪唑啉緩蝕效果更強，但對于雙咪唑啉緩蝕劑和兩種緩蝕劑的對比研究仍然較少[3]。

本文以葵二酸、三乙烯四胺和氯化芐為原料，合成了雙咪唑啉季銨鹽緩蝕劑，對比研究了雙咪唑啉季銨鹽和咪唑啉季銨鹽緩蝕劑在飽和CO2油田采出水介質中對J55 油管鋼的緩蝕性能，并在現場進行了緩蝕劑加注試驗，以期為油田的CO2腐蝕防護工作提供參考依據。

1 緩蝕劑合成

將0.18mol 葵二酸、0.095mol 三乙烯四胺加入三口燒瓶中，充分攪拌混合升溫，后加入60mL 二甲苯和催化劑，升溫至140℃至160℃反應4h，升溫至250 至270℃環化脫水4h，減壓蒸出二甲苯得到中間體，加入0.18mol 氯化芐，100至110℃季銨化反應4h，得到紅棕色固體即為雙咪唑啉季銨鹽。雙咪唑啉緩蝕劑分子結構中含有多個季氮原子，并通過季銨化引入含π 電子的苯環，可形成多個吸附中心，增加金屬表面配位體的溫度性；適當長度的疏水基團在有效增加空間位阻的同時，不影響緩蝕劑的水溶性[4]。

采用傅里葉紅外光譜分析儀對合成緩蝕劑結構進行表征，分析在1605cm-1處為咪唑啉環中的C=N 伸縮振動吸收峰，1300cm-1處為咪唑啉環中C-N 的伸縮振動吸收峰，說明分子結構中存在咪唑啉環；3419cm-1為-NH 伸縮振動吸收峰，701cm-1為苯環特征吸收峰，說明合成了目標產物。

2 蝕劑性能研究

交流阻抗法是可獲得材料表面雙電層電容、電荷轉移電阻、溶液電阻等電化學參數，全面獲知界面狀態電化學過程的信息，實現對腐蝕體系和緩蝕劑體系的研究[5]。采用普林斯頓ParStat 4000 電化學工作站，對不同濃度緩蝕劑的電化學阻抗譜（EIS）進行測試，以研究緩蝕劑抑制CO2腐蝕性能，對測試數據使用Zview 軟件解析擬合參數。試驗介質為長慶油田某區塊現場采出水，試驗材料為J55 油管鋼，溫度為60℃，試驗前對介質通入高純度CO2氣體1h 使介質處于飽和狀態。

由結果可知，空白條件下的電化學阻抗譜中含有三個時間常數，電荷傳遞電阻較低，空白體系腐蝕較為嚴重，添加緩蝕劑后，電化學阻抗譜僅存在一個容抗弧，緩蝕劑可有效在金屬表面形成吸附，使表面腐蝕活性區域減少。隨著緩蝕劑濃度增加，緩蝕劑分子在金屬表面成膜致密程度增加，減小了金屬表面與材料的接觸面積，從而使電荷傳遞電阻大幅增加，有效的抑制電荷的傳遞過程的電子轉移。當緩蝕劑體積分數為150mL/L 時，緩蝕率為96.3%，說明雙咪唑啉緩蝕劑可有效抑制油田水介質中的CO2腐蝕。

3 現場應用試驗

緩蝕劑現場應用試驗選取長慶油田某區塊兩口油井進行，試驗前，這兩口井因腐蝕嚴重致使檢泵周期在2 個月左右，通過對腐蝕產物進行X射線衍射分析（XRD）,腐蝕產物以FeCO3為主，氣體組分測試中CO2含量在3.1%和3.5%，可以判斷兩口井發生嚴重的CO2腐蝕。通過對油井生產數據分析，加注試驗的加藥周期為7d，加注量為25kg。加注量為現場應用試驗通過井口掛片進行效果評價，試驗數據見表1。由表1 看出，兩口井腐蝕速率均大幅度下降，緩蝕率可達85%以上，緩蝕效果遠優于石油行業要求，說明雙咪唑緩蝕劑抑制油田CO2腐蝕效果優異，滿足油田現場應用要求。

表1 井口腐蝕速率監測結果

4 結論

1）本文以葵二酸、三乙烯四胺和氯化芐合成了雙咪唑啉緩蝕劑，紅外光譜驗證了合成結果。

2）采用電化學阻抗譜方法研究了雙咪唑啉緩蝕劑在油田水介質中，抑制抑制CO2腐蝕性能，結果表明加入緩蝕劑后可電荷傳遞電阻大幅增加，在緩蝕劑體積分數為150ml/L 時，緩蝕率可達96.3%，雙咪唑啉緩蝕劑可有效抑制油田CO2腐蝕。

3）對兩口嚴重的CO2腐蝕的油井進行了加注試驗，加注緩蝕劑后腐蝕速率大幅下降，緩蝕率可達85%以上，現場使用效果優異。