采油系統防腐防垢復合涂層實驗研究

林柏松

（大慶油田創業金屬防腐有限公司，黑龍江 大慶 163000)

1 概述

油田采油系統的腐蝕與結垢問題總是不斷地干擾著石油生產。抽油泵的堵塞、井管的腐蝕與結垢、輸油管道的腐蝕或結垢導致管道穿孔、原油泄漏等等，不僅影響石油生產，而且造成大量的資金浪費。針對這些問題，通過實驗研制出一種既防腐又防垢的涂層。該實驗分為兩個步驟，第一步，利用憎水性極強的表面活性劑，比如十七烷胺、十八烷胺、芳香胺等對有機樹脂進行改性，通過改變表面活性劑與有機涂料之間的配比以及有機樹脂在不同溫度條件下的固化，從中篩選出具有最佳憎水性能的涂料。第二步，在前一步實驗的基礎上，用熱固法在涂料表面均勻地涂布一層微米級的顆粒材料比如石英砂、輕質碳酸鈣或粉煤灰等，使其表面形成像荷葉表面一樣的結構。把這種涂料涂覆到采油系統管道的內壁（內防腐）或外表面（外防腐）即可到達防腐和防垢的目的。

2 實驗部分

2.1 表面活性劑改性有機涂料實驗

2.1.1 主要藥品及儀器設備

表面活性劑選擇十七烷基胺C17H35CH2NH2，白色蠟狀固體，具有堿性，溶于乙醇、乙醚和苯，微溶于丙酮，不溶于水。相對密度0.8618(20/4℃)。凝固點53.1℃。沸點348.8℃，具有很強的憎水性；

芳香胺選擇C2H5N，白色顆粒狀固體，溶于乙醇、乙醚和苯，不溶于水，具有很強的憎水性；

601 環氧樹脂 牌號E—20；

604 環氧樹脂 牌號E—12；

酚醛樹脂 牌號2112，熱固性樹脂，鐵鈷色顆粒狀固體，酸值200mgKOH/g，軟化點135℃，本實驗使用的是酚醛樹脂與笨1:1 的預制物。

7110 甲 環氧樹脂的固化劑；

稀釋劑為二甲苯、丁醇、環己酮（1:1:1）的混合物；

200 目以上的石英砂、粉煤灰或輕質碳酸鈣；

主要儀器設備：攪拌器、電加熱器、黏度計、涂料附著力測量儀等。

2.1.2 實驗步驟

（1）將10g 烷基胺與5g 芳香胺混合加入10ml 稀釋劑，加熱至完全融化。

（2）將融化的表面活性劑與涂料混合后分別均勻地涂覆于2 個試片上，一個加熱到150℃固化，另一個常溫下固化。

（3）將油田的三元驅采出液滴到試片上，觀察憎水效果。

通過對比實驗確定出憎水效果最好的組合為烷基胺與芳香胺2:1 對環氧酚醛樹脂在180℃條件下固化的組合。

實驗中的代表性過程，如表1 所示。

通過對比實驗確定出憎水效果最好的組合為烷基胺與芳香胺2:1 對環氧/酚醛樹脂（604/2112）1:1 在200℃條件下固化的改性組合。

通過以上實驗數據，可以得到兩個結論。

（1）篩選出來的表面活性劑是烷基胺和芳香胺的復合體，二者比例為2:1，防腐涂料為環氧酚醛。

（2）同樣條件下，經過烘烤的試樣比自干的試樣防垢效果要好的多。

而且，從上面的結果可以看出一點，單獨加入烷基胺和加入烷基胺、芳香胺的涂料防垢效果是不一樣的，為什么加入少量芳香胺的涂料的憎水性比較好呢？這一點從理論推斷得到一種結論，不論是哪一種表面活性劑，它都有一個親水基和一個親油基，而且，憎水基通常要比親水基大。當加入烷基胺時，烷基胺的分子是呈不規則排布的，有一部分親水基在上，親油基在下面。也有一部分親油基在上面，親水基在下面。而且這種排列是隨即的。當加入芳香胺后，一部分芳香胺分子的親水基和烷基胺的親水基相互吸附，降低了涂料表面親水基的數量和面積，從而降低了對水的吸附能力。也就是說，為什么加入芳香氨要比單獨加入烷基胺的涂料憎水效果好。

表1 表面活性劑改性有機樹脂實驗記錄表

2.2 荷葉效應實驗

荷葉葉面之所以具有極好的疏水性，是因為葉面上存在著非常復雜的多重納米和微米級的超微結構。在超高分辨率顯微鏡下可以清晰看到，荷葉表面上有許多微小的乳突，乳突的平均大小約為10 微米，平均間距約12 微米。因此，在乳突間的凹陷部份形成一層極薄的、只有納米級厚的空氣層。這就使得在尺寸上遠大于這種結構的灰塵、雨水等降落在葉面上后，隔著一層極薄的空氣，它們只能同葉面上乳突的凸頂形成幾個點接觸。雨點在自身表面張力作用下形成球狀，水球在滾動中吸附灰塵，并滾出葉面，這就是“荷葉效應”能自潔葉面的奧妙所在。

本實驗利用細小粉末（粒徑在10 微米左右），來代替荷葉表面的乳突，從而模擬荷葉表面。方法如下：

（1）量取烷基胺10g，芳香胺5g。將其混合在燒杯中，加入10mL 的稀釋劑后加熱直至完全融化。

（2）將已融化的液體倒入盛有輕鈣粉或粉煤灰的燒杯中，攪拌均勻后涼干，使顆粒表面獲得一層疏水的蠟膜。

（3）在打磨好的試片上涂已被表面活性劑改性的環氧酚醛樹脂，然后將輕鈣粉均勻地噴涂到樹脂上。

（4）將試片放入恒溫爐中200℃烘烤固化。

圖1 是荷葉表面的顯微鏡放大圖，圖2、圖3 是在試片上模擬荷葉表面的照片，圖4 是水珠在模擬荷葉表面上的狀態圖。

圖1 荷葉表面的顯微鏡放大圖

圖2 在試片上模擬荷葉表面的照片

圖3 在試片上模擬荷葉表面的照片

圖4 水珠在模擬荷葉表面上的狀態

從圖4 中可以清楚地看到水珠能夠在模擬表面上自由地滾動，其接觸角已超過130o，說明模擬表面實現了“荷葉效應”。

把具有“荷葉效應”的涂層稱為復合涂層，由于它具有完美的防腐防垢功效，因此可以應用于易腐蝕易結垢的構件表面，比如，采油系統的井管、輸油管的內外壁，可以發揮其卓越的防腐防垢功效。

3 結語

（1）以烷基胺（C17H35CH2NH2）及芳香胺(C2H5N)2:1 的表面活性劑對環氧酚醛樹脂（604/2112）進行改性可以獲得疏水性最佳的防腐防垢涂層。

（2）在以上涂層表面均勻地噴涂一層粒徑10 微米左右的固體粉末，并在200℃條件下固化，可以獲得完美的“荷葉效應”。

（3）將該復合涂層用于易腐蝕或易結垢的構件上，比如，采油系統的管道內外壁上，可以發揮其優越的防腐防垢作用。