油氣田用緩蝕劑油水分配性測試方法對比

柳 鵬

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057）

0 引言

緩蝕劑因其良好的緩蝕性能、與環境兼容性好、經濟性高等優點，被廣泛應用于油氣田設施設備的腐蝕防護實踐工作中[1-4]。一般，常規評價緩蝕劑的方法為：采用模擬溶液，向溶液中加注與現場使用濃度一致的緩蝕劑，利用電化學方法或模擬實驗的方法，進行腐蝕速率和緩蝕效率的測定[5-7]。但因腐蝕的發生與水相有關，而當緩蝕劑應用至混輸管道時，那么水相中的緩蝕劑有效濃度對于油田現場應用至關重要[8-10]。若能在緩蝕劑投加前了解緩蝕劑在水相中的分配比例；一方面能夠掌握緩蝕劑應用中的緩蝕效果，提高有效性；另一方面能夠分配緩蝕劑應用劑量，改善經濟性。

本文使用的是市售緩蝕劑TS-719，無乳化傾向，油田現場使用濃度為40ppm。采用標準和非標準兩種方法計算其在水相中的分配比例，同時結合反應釜的模擬實驗說明，當考慮了緩蝕劑在水相中的分配比例時，可以有效掌握緩蝕劑的實際效果并控制緩蝕劑的現場應用。

1 實驗方法

1.1 油水分配性

1.1.1 標準方法

根據ASTM G170-06（2012）[11]推薦的方法，將一定濃度的緩蝕劑加注到按比例配置的油水混合物（或水相）中，利用分液裝置獲取混合物中的水相，然后采用電化學方法測試其極化曲線，通過計算自腐蝕電流密度分析緩蝕劑的油水分配性。具體實驗方案如圖1所示。

圖1 實驗方案

實驗時，將油相、水相按比例混合均勻制成油水混合物，向其中加入一定濃度的緩蝕劑，并再次攪拌均勻，作為試驗組；將溶液靜置24h后，取出水相，進行電化學實驗，測試其極化曲線，計算自腐蝕電流密度。同時，做空白組、空白對照組、試驗對照組。本次實驗中緩蝕劑的使用濃度為40ppm，采用的油相為市售93#柴油，采用的水相為含35%（質量分數）NaCl的模擬溶液，油水質量比為1:1。具體實驗參數如表1所示。

1.1.2 非標準方法

采用稱重法，首先向分液漏斗中先加入50g水相，然后加入50g油相，最后加入5g緩蝕劑，蓋上瓶塞，搖動，使其混合均勻。靜置10min后，觀察緩蝕劑在油相中的分散情況；然后分離出下層含緩蝕劑水溶液和上層含緩蝕劑油溶液，分別稱重，計算緩蝕劑在油相和水相中的質量，分析緩蝕劑的油水分配性。本次實驗中采用的油相為市售93#柴油，采用的水相為含35%（質量分數）NaCl的模擬溶液。

1.2 模擬實驗

根據SY/T 5273-2014[12]、ASTM G170-06（2012）[11]，采用高溫高壓釜模擬現場實際工況，進行腐蝕模擬實驗和緩蝕劑評價實驗。動態高溫高壓釜失重測試設備如圖2所示。高溫高壓腐蝕模擬測試實驗以與待評價管線材質牌號一致的管線鋼為原料進行試樣加工，試樣規格（長×寬×高=A×B×C）為：50×13×3mm，孔徑φ=6.1mm，開孔位置距短邊D=6mm，試樣表面粗糙度為0.8 u。

表1 實驗參數

圖2 高溫高壓腐蝕失重測試設備

試樣均勻腐蝕速率的計算見式（1），緩蝕劑的均勻緩蝕率的計算見式（2）所示。

式中：Vcorr為均勻腐蝕速率，mm/a；m為實驗前的試片質量，g；mt為實驗后的試片質量，g；S1為試片的總面積，cm2；ρ為試樣材質的密度，g/cm3；t為實驗時間，h；η1為緩蝕劑的緩蝕率，%；Δm0為空白實驗中的試片質量損失，g；Δm1為加藥實驗中的試片質量損失，g。

2 實驗結果及分析

2.1 油水分配性

當采用標準方法時，緩蝕劑油水分配性實驗結果如表2所示。對比空白組與空白對照組結果可知，實驗中采用的油相并無緩蝕作用；對比空白組與試驗組的自腐蝕電流密度可知，緩蝕效率達到68%；對比空白對照組與試驗對照組的自腐蝕電流密度可知，緩蝕效率達到92%；計算可知：緩蝕劑在水相中的分配比例為74%。

當采用非標準方法時，緩蝕劑油水分配性實驗過程如圖3所示。從圖3中可以看出，油水分層界面清晰且沒有乳化現象；經測量，分散于水中的緩蝕劑質量為3.5g，分散于油中的緩蝕劑質量為1.5g；計算得知，緩蝕劑TS-719在水中的分配比例為70%。

圖3 緩蝕劑油水分配性實驗過程（非標準方法）

2.2 模擬實驗

室內模擬實驗參數與測試結果如表3所示。由室內模擬實驗可知：采用未加注緩蝕劑的空白模擬溶液進行實驗時，腐蝕速率為0.1760mm/a，表明現場2 49 1.98 0.16 15.54 307.77 2.73E-03 53.98 28 0.0307 82.58%3 49 1.98 0.16 15.54 307.77 2.73E-03 53.98 40 0.0202 88.5%生產介質的腐蝕性較強；加注40pppm緩蝕劑后，腐蝕速率降低至0.0202mm/a，小于0.076mm/a，且緩蝕效率達到88.5%；當考慮緩蝕劑的油水分配性后（緩蝕劑在水相中的分配比為70%），僅加注28ppm緩蝕劑進行實驗時，腐蝕速率升高至0.0307mm/a，緩蝕效率降至82.5%；與加注45ppm緩蝕劑的同等情況下相比，緩蝕效率降低了7%。通過觀察可知，酸洗前表面呈黑褐色，酸洗后試樣表面平整、光滑，沒有發現局部腐蝕和點蝕產生。當在放大200倍條件下對實驗后試樣表面進行三維景深觀察時可見，試樣腐蝕形態均以均勻腐蝕為主，無點蝕產生。

表2 緩蝕劑油水分配性實驗結果（標準方法）

表3 室內模擬實驗參數與測試結果

3 結論

通過上述實驗可知：市售緩蝕劑TS-719在水相中的分配比例約為70%；標準和非標準兩種方法測得的緩蝕劑油水分配性的結果趨勢一致；在緩蝕劑評價中應考慮緩蝕劑油水分配性對現場應用的影響，在保證緩蝕劑有效性的前提下提高緩蝕劑使用的經濟性。