WC19－1N油田缓蚀剂的优选与缓蚀性能评价

2014-09-15李强廖粤方明新孙爱平华小芬

长江大学学报(自科版) 2014年13期

李强，廖粤，方明新，孙爱平，华小芬

（中海油能源发展工程技术分公司，广东湛江 524000）

张晓霞

（中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东湛江 524000）

WC19－1N油田位于珠江口西部海域，根据现场ODP天然气分析资料显示，气相组分CO2摩尔组分百分比为5.96%，CO2分压为0.058～0.219MPa，可见现场环境含有高浓度的CO2，其不仅会引起钢铁严重的全面腐蚀而且会导致强烈的局部腐蚀，使得石油天然气管道发生早期腐蚀而失效，造成巨大的经济损失和严重的社会后果。另外，现场环境的高温、高流速、高CO2分压均使得系统的腐蚀进一步加剧，添加缓蚀剂是抑制CO2腐蚀的一种简便、高效的方法。但缓蚀剂对腐蚀环境具有较强的针对性，必须根据实际工况环境对缓蚀剂进行优选［1－2］。室内采用失重法和电化学法对6种不同缓蚀剂进行了筛选和评价，并考察了缓蚀剂质量浓度、介质温度以及现场药剂对缓蚀剂缓蚀性能的影响。

1 试验部分

1.1 试验条件

1）试验温度与CO2分压的确定根据投产后操作温度显示，WC19－1C平台至WC19－1A平台海管管道内最高温度62℃，考虑到CO2腐蚀严重区域在70℃左右以及原 WC油田群的CO2含量在60～70%，因此确定缓蚀剂筛选CO2分压范围为1.88MPa，温度为70℃。

2）腐蚀介质与药剂腐蚀介质为 WC19－1A／B油田产出水。评选的缓蚀剂主要有 HYG－5A、HYG－5B、BHH－32、BHH－35、BHH－20A、HY－21共6种缓蚀剂样品。试验试片为市售腐蚀试片，生产厂家为阳信森普科技有限公司，材质为X65。

1.2 评价方法

1）失重法测腐蚀速率和缓蚀率按中华人民共和国石油天然气行业标准SY／T5273－2000《油田采出水用缓蚀剂性能评价方法》，采用静态挂片失重法与高温高压釜动态失重试验，测定X65钢的腐蚀速率Vcorr和缓蚀率η:

式中，Vcorr为均匀腐蚀速率，mm／a；m为试验前的试片质量，g；mt为试验后的试片质量，g；Sl为试片的总面积，cm2；t为试验时间，h；ρ为试片的材料密度，g／cm3；η为缓蚀率，%；Δm0为空白试验中试片的质量损失，g；Δm1为加缓蚀剂试验中试片的质量损失，g。

2）钢片表面状态分析采用Quanta200环境扫描电子显微镜（ESEM）对失重试验后的X65钢片表面进行微观分析。设定扫描电子显微镜加速电压为30kV，选择放大倍数为500倍进行扫描。

3）电化学方法电化学测试采用CS350电化学工作站，参比电极为饱和甘汞（SCE）电极，辅助电极为铂黑电极，工作电极为环氧树脂封装的圆柱体X65电极，工作面积为1cm2。试验温度为70℃，电位扫描由阴极向阳极进行，扫描范围相对开路电位±100mV，扫描速率0.1mV／s，数据记录由计算机自动完成。

2 结果与讨论

2.1 静态失重结果与讨论

试验条件为饱和的CO2模拟 WC19－1A／B水样，钢片为X65钢，温度70℃，时间24h，缓蚀剂添加量50mg／L，试验结果见表1。从表1中的数据来看，空白腐蚀速率为0.3509mm／a，腐蚀较大，6种缓蚀剂添加量为50mg／L时，均有一定的缓蚀效果，其中HGY－5A 和 HGY－5B缓蚀剂缓蚀率大于90%，效果较好。

2.2 动态失重结果与讨论

在温度为70℃，流速为2m／s，总压为3.13MPa，CO2分压为1.88MPa，试片为X65钢，缓蚀剂添加量50mg／L，对缓蚀剂BHH－32、 BHH－35、 BHH－20A、 HY－21、HGY－5B、HGY－5A进行了动态失重测试评价。根据表2结果可以看出，在缓蚀剂浓度为50mg／L时，缓蚀剂 HGY－5A 与 HGY－5B的缓蚀性能显著优于其他缓蚀剂，钢片的腐蚀速度均不超过0.076mm／a。

表1 缓蚀剂常温常压条件静态试验结果

表2 缓蚀剂高温高压条件动态试验结果

2.3 扫描电镜测试结果与讨论

对在高温高压动态失重后的X65钢片进行扫描电镜分析，如图1所示。由图1可知，未加缓蚀剂的钢片表面有大量腐蚀产物生产，附着在钢材的表面，添加了缓蚀剂HBB－32、HBB－20A、HBB－35、RY－21的钢材表面，具有较多的腐蚀产物，钢材表面有龟裂痕与腐蚀坑，而缓蚀剂HGY－5A与HGY－5B缓蚀剂对钢片起到一定的防护作用，未发现有明显的腐蚀产物与开裂现象，表面为钢材基体机械加工划痕。

2.4 极化曲线结果与分析

在70℃下对缓蚀剂BHH－32、BHH－35、BHH－20A、HY－21、HGY－5A、HGY－5B进行极化曲线测试，如图2所示，拟合参数见表3，其中ba为阳极塔菲尔斜率，bc为阴极塔菲尔斜率，Ecorr为开路电位，Icorr为自腐蚀电流密度，V为腐蚀速度，η′为缓蚀效率:

式中，Icorr和I′corr分别为金属在空白溶液中与添加了缓蚀剂的腐蚀介质中的腐蚀电流密度。

从极化曲线及拟合结果可以清楚地看出，加入缓蚀剂后，电极的自腐蚀电位显著正移，这表明几种缓蚀剂均为阳极抑制型缓蚀剂。在阳极区域，可以明显观察到BHH－35缓蚀剂及HGY－5B缓蚀剂的脱附现象。另外，电极在空白溶液中的极化曲线阴极区域出现了电流平台，该平台对应于CO2形成碳酸的水合过程，表明腐蚀反应受CO2水合过程控制。但是添加缓蚀剂后，该电流平台消失了，这是由于缓蚀剂显著抑制了腐蚀的电化学过程，使得CO2形成碳酸的水合过程不再是腐蚀反应的控制过程［3－5］。极化曲线得出的缓蚀性能结果与挂片结果相符。

表3 X65在空白溶液及添加了50／mg·L－1不同缓蚀剂溶液中的极化曲线拟合结果

2.5 缓蚀剂性能评价

结合以上结果，优选出缓蚀剂HGY－5A与 HGY－5B，并评价缓蚀剂浓度、温度以及现场的药剂对以上2种缓蚀剂的缓蚀性能的影响。

1）缓蚀剂质量浓度对缓蚀性能的影响通过动态失重试验评价了在不同添加浓度下，缓蚀剂 HGY－5A和HGY－5B的缓蚀性能，结果见表4。表4失重结果表明，随着缓蚀剂浓度的增加腐蚀速度在逐渐减小，当缓蚀剂 HGY－5A 和 HGY－5B添加浓度为50mg／L时，X65钢片的腐蚀速度均不超过0.0760mm／a。

2）温度对缓蚀剂的缓蚀性能的影响通过动态失重试验评价了温度对缓蚀剂HGY－5A和HGY－5B的缓蚀性能的影响，结果见表5。由表5可知，随着温度的升高，添加2种缓蚀剂后得试片腐蚀速度逐渐下降，这可能是由于随着温度的升高，碳钢表面形成的产物膜更完整，缓蚀剂与腐蚀产物具有更好的协同效果，形成保护性更强的保护膜，从而降低了腐蚀速率。

3）现场药剂对缓蚀剂缓蚀性能影响针对现场实际情况，采用静态挂片，考察清水剂、阻垢剂、破乳剂对缓蚀剂 HGY－5A、HGY－5B的缓蚀性能影响，结果见表6。从评价结果可以得知，当介质中存在清水剂、阻垢剂、破乳剂时，缓蚀剂HGY－5A与HGY－5B的缓蚀性能得到一定的增强。加入阻垢剂后，抑制了垢在金属表面的形成，从而避免的垢下腐蚀的产生，同时由于金属表面没有垢的存在，使得缓蚀剂更容易在金属表面发生吸附，从而更好地发挥缓蚀效果。清水剂、破乳剂能够协同缓蚀剂产生吸附，使得缓蚀膜更致密，因而缓蚀效率更高。