雙咪唑啉緩蝕劑抑制油田CO2 腐蝕的性能研究

苗萬(wàn)春，趙夢(mèng)蘇，楊文靜，黃俊峰

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

CO2腐蝕是油氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域常見(jiàn)的腐蝕類型之一。近些年，隨著CO2驅(qū)油在各個(gè)油田的試驗(yàn)和應(yīng)用，使CO2腐蝕的問(wèn)題日益嚴(yán)重[1]。CO2驅(qū)油是三次采油的一種重要方式提高采收率作用明顯，同時(shí)兼具碳埋存作用，有助于降低大氣中溫室氣體含量，但CO2驅(qū)油會(huì)增加生產(chǎn)井產(chǎn)液中CO2的含量，造成生產(chǎn)井腐蝕嚴(yán)重，嚴(yán)重影響油氣田生產(chǎn)作業(yè)。咪唑啉緩蝕劑以其高效、低成本、低毒性的特點(diǎn)，對(duì)于CO2、H2S 等酸性介質(zhì)都有良好的緩蝕效果，廣泛應(yīng)用于油氣田開(kāi)發(fā)領(lǐng)域[2]。雙咪唑啉緩蝕劑分子結(jié)構(gòu)中具有兩個(gè)咪唑啉環(huán)，會(huì)在金屬表面形成多個(gè)吸附中心，因此較單咪唑啉緩蝕效果更強(qiáng)，但對(duì)于雙咪唑啉緩蝕劑和兩種緩蝕劑的對(duì)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(duì)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(zhì)中對(duì)J55 油管鋼的緩蝕性能，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了緩蝕劑加注試驗(yàn)，以期為油田的CO2腐蝕防護(hù)工作提供參考依據(jù)。

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?jǐn)嚢杌旌仙郎兀蠹尤?0mL 二甲苯和催化劑，升溫至140℃至160℃反應(yīng)4h，升溫至250 至270℃環(huán)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(yīng)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(jié)構(gòu)中含有多個(gè)季氮原子，并通過(guò)季銨化引入含π 電子的苯環(huán)，可形成多個(gè)吸附中心，增加金屬表面配位體的溫度性；適當(dāng)長(zhǎng)度的疏水基團(tuán)在有效增加空間位阻的同時(shí)，不影響緩蝕劑的水溶性[4]。

采用傅里葉紅外光譜分析儀對(duì)合成緩蝕劑結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，分析在1605cm-1處為咪唑啉環(huán)中的C=N 伸縮振動(dòng)吸收峰，1300cm-1處為咪唑啉環(huán)中C-N 的伸縮振動(dòng)吸收峰，說(shuō)明分子結(jié)構(gòu)中存在咪唑啉環(huán)；3419cm-1為-NH 伸縮振動(dòng)吸收峰，701cm-1為苯環(huán)特征吸收峰，說(shuō)明合成了目標(biāo)產(chǎn)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(zhuǎn)移電阻、溶液電阻等電化學(xué)參數(shù)，全面獲知界面狀態(tài)電化學(xué)過(guò)程的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(xué)工作站，對(duì)不同濃度緩蝕劑的電化學(xué)阻抗譜（EIS）進(jìn)行測(cè)試，以研究緩蝕劑抑制CO2腐蝕性能，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)使用Zview 軟件解析擬合參數(shù)。試驗(yàn)介質(zhì)為長(zhǎng)慶油田某區(qū)塊現(xiàn)場(chǎng)采出水，試驗(yàn)材料為J55 油管鋼，溫度為60℃，試驗(yàn)前對(duì)介質(zhì)通入高純度CO2氣體1h 使介質(zhì)處于飽和狀態(tài)。

由結(jié)果可知，空白條件下的電化學(xué)阻抗譜中含有三個(gè)時(shí)間常數(shù)，電荷傳遞電阻較低，空白體系腐蝕較為嚴(yán)重，添加緩蝕劑后，電化學(xué)阻抗譜僅存在一個(gè)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(qū)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(guò)程的電子轉(zhuǎn)移。當(dāng)緩蝕劑體積分?jǐn)?shù)為150mL/L 時(shí)，緩蝕率為96.3%，說(shuō)明雙咪唑啉緩蝕劑可有效抑制油田水介質(zhì)中的CO2腐蝕。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)

緩蝕劑現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)選取長(zhǎng)慶油田某區(qū)塊兩口油井進(jìn)行，試驗(yàn)前，這兩口井因腐蝕嚴(yán)重致使檢泵周期在2 個(gè)月左右，通過(guò)對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行X射線衍射分析（XRD）,腐蝕產(chǎn)物以FeCO3為主，氣體組分測(cè)試中CO2含量在3.1%和3.5%，可以判斷兩口井發(fā)生嚴(yán)重的CO2腐蝕。通過(guò)對(duì)油井生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，加注試驗(yàn)的加藥周期為7d，加注量為25kg。加注量為現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)通過(guò)井口掛片進(jìn)行效果評(píng)價(jià)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)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(dá)85%以上，緩蝕效果遠(yuǎn)優(yōu)于石油行業(yè)要求，說(shuō)明雙咪唑緩蝕劑抑制油田CO2腐蝕效果優(yōu)異，滿足油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用要求。

表1 井口腐蝕速率監(jiān)測(cè)結(jié)果

4 結(jié)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(yàn)證了合成結(jié)果。

2）采用電化學(xué)阻抗譜方法研究了雙咪唑啉緩蝕劑在油田水介質(zhì)中，抑制抑制CO2腐蝕性能，結(jié)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?jǐn)?shù)為150ml/L 時(shí)，緩蝕率可達(dá)96.3%，雙咪唑啉緩蝕劑可有效抑制油田CO2腐蝕。

3）對(duì)兩口嚴(yán)重的CO2腐蝕的油井進(jìn)行了加注試驗(yàn)，加注緩蝕劑后腐蝕速率大幅下降，緩蝕率可達(dá)85%以上，現(xiàn)場(chǎng)使用效果優(yōu)異。