陈以周，艾俊哲，荣沙沙 （长江大学化学与环境工程学院，湖北 荆州434023）

酸性缓蚀剂是一类应用广泛的缓蚀剂，工业上使用较多的为咪唑啉及其衍生物，一般是以C8～C18的脂肪酸与多胺脱水缩合酰胺化，继续升温使其发生分子内脱水形成的咪唑啉五元环，在此基础上还可以进一步与季铵化试剂等反应，以获得更加优越的缓蚀性能［1～5］。下面，笔者合成了一种新型完井液用酸性咪唑啉缓蚀剂HAC－S，并对其性能进行了评价。

1 试验部分

1.1 试剂和仪器

1）试剂 无水乙醇、丙酮、氯化钠、石油醚等均为分析纯；HTA为工业品，缓蚀剂B、C、D是市场上效果较好的适合酸性环境的缓蚀剂样品。

2）仪器 水浴锅（控温精度±1℃）、游标卡尺（精度0.02mm）、202型电热恒温干燥箱、托盘天平、AL204电子天平（感量0.1mg）、干燥器、电吹风机、温度计、玻璃棒、量筒、容器装置等。

1.2 HAC－S缓蚀剂的合成

在三口烧瓶中按摩尔比1∶1.5～2加入脂肪酸和三乙烯四胺，缓慢升温到160℃反应1～5h，再继续升温反应1～2h生成缩合中间体；以乙醇和平平加作为分散剂，加入缩合中间体，强力搅拌形成O／W型乳状液并使其充分溶解于水介质中后再加入氯化苄，升温到80℃搅拌使其完全反应，冷却后即为缓蚀剂样品，其分子式如下：

1.3 HAC－S缓蚀剂性能评价方法

采用N80钢为挂片材料，蒸馏水＋HTA＋NaCl溶液体系为试验介质，周期24h，分别考察缓蚀剂加量、盐水浓度、温度和酸度对缓蚀效果的影响；并在指定条件下将HAC－S缓蚀剂（A）与市场上效果较好的3种酸性缓蚀剂（B、C、D）缓蚀效果对比。根据实际要求，室内模拟油田施工现场最苛刻的工矿条件，评价HAC－S缓蚀剂对地层水介质中3种钢X52、L80、K55的缓蚀效果，试验体系采用20%NaCl盐水溶液，HAC－S缓蚀剂加量为2%，气体分压PCO2＝3.0MPa，PH2S＝0.4MPa。

全部试验方法及数据处理参照石油天然气行业标准SY／5273－2000中的静态挂片失重法等。

2 结果与讨论

2.1 缓蚀剂加量对缓蚀效果的影响

试验用N80钢按标准处理，试验介质为蒸馏水＋0.5%HTA＋1%NaCl，试验温度50℃，试验周期24h，试验结果如图1所示。从图1中可以看出，随着缓蚀剂HAC－S浓度的增加，钢片在酸性完井液中的腐蚀速率迅速减小，缓蚀效率增大；当HAC－S浓度超过0.2%之后，缓蚀效率随HAC－S浓度增加而缓慢增加，HAC－S的浓度为1%时，腐蚀速率降低至0.1157mm／a，缓蚀效率达到98%。

2.2 盐水浓度对HAC－S缓蚀效果的影响

试验介质为蒸馏水＋0.5%HTA＋1%HAC－S，试验温度50℃，试验周期24h，改变NaCl浓度，试验结果如图2所示。Cl－能破坏钢片表面的腐蚀保护膜，从而使得腐蚀加剧。从图2中可以明显看出，随着NaCl浓度的增加，N80钢在酸性完井液中的腐蚀速率明显加快。试验中发现，NaCl浓度为1%时，腐蚀后的钢片依然光亮，浓度为2%时仅挂绳接触点处腐蚀，浓度超过3%以后出现明显的腐蚀锈斑，超过5%以后锈斑覆盖整个钢片。

图1 缓蚀剂加量对腐蚀速率的影响

图2 盐水浓度对HAC－S缓蚀效果的影响

2.3 温度对HAC－S缓蚀效果的影响

试验介质为蒸馏水＋0.5%HTA＋1%HAC－S，在不同温度下腐蚀24h后的结果见图3。从图3中可知，温度升高会加速金属的腐蚀，一般认为这是由于有机物分子在高温下易分解失效而造成。当温度为50℃时，腐蚀速率仅0.0090mm／a，腐蚀后的钢片依然光亮；当温度升高到70℃时，钢片出现明显的腐蚀锈斑；温度80℃时腐蚀速率达到0.5124mm／a，腐蚀锈斑覆盖整个钢片。

图3 温度对HAC－S缓蚀效果的影响

2.4 酸浓度对HAC－S缓蚀效果的影响

试验介质为蒸馏水＋1%NaCl，在不同酸浓度下腐蚀24h后的结果见表1。从表1可知，随着完井液体系中HTA浓度的增加，钢片的腐蚀速率明显增大。钢片的空白试验结果也表明酸性完井液体系中的钢片有不同程度的点蚀存在。

表1 酸浓度对HAC－S缓蚀效果的影响（腐蚀温度：50℃）

3 缓蚀效果比较与评价

3.1 HAC－S与其他缓蚀剂缓蚀效果比较

加入HAC－S（A）和B、C、D这4种不同缓蚀剂的完井液体系中，N80钢的腐蚀速率及缓蚀剂的缓蚀效果如图4所示。由图4可知，这4种缓蚀剂在酸性完井液体系中，均对钢片表现出一定的缓蚀性能，其中缓蚀剂HAC－S能显著降低钢片的腐蚀速率，当HAC－S加量为1%时，缓蚀效果达到最佳，缓蚀速率为0.1157mm／a。

3.2 HAC－S缓蚀剂对各种管材在苛刻环境中的缓蚀效果评价

室内模拟现场腐蚀介质结果见表2。在H2S和CO2共存的20%盐水溶液中，3种钢材的腐蚀均极为严重，HAC－S在极端环境下对3种钢材均有良好的缓蚀效果，且能将腐蚀速率控制在非常低的水平，70℃时由于原始腐蚀速率较低导致缓蚀率数值较小，但腐蚀速率的绝对值很低。试验还发现，50℃时这3种钢材的腐蚀速率极大，随温度升高腐蚀速率有所下降，表明3种钢材的腐蚀敏感温度可能在50℃附近。

图4 不同缓蚀剂效果对比

表2 极端条件下HAC－S对不同钢材的缓蚀效果

4 结论

1）酸性缓蚀剂HAC－S缓蚀效率随缓蚀剂浓度加大而增大，温度、酸度和NaCl盐水浓度的升高会使缓蚀效率有所下降；与市场常用的酸性缓蚀剂相比，HAC－S缓蚀剂对N80钢缓蚀效果更好。

2）在H2S和CO2共存的高浓度盐水溶液中，HAC－S缓蚀剂对不同材质的钢材仍表现出优异的缓蚀效果；在50℃到90℃的不同温度下均能将腐蚀速率控制在极低水平，表明HAC－S缓蚀剂具有优良的现场应用价值。

［1］艾俊哲，邱小庆，梅平，等 .隐形酸完井液体系缓蚀剂评价研究 ［J］.化学与生物工程，2009，26（6）：76～78.

［2］高秋英，梅平，艾俊哲，等 .咪唑啉类缓蚀剂的合成及应用研究进展 ［J］.化学工程师，2006，25（5）：40～43.

［3］Wu WZ，Han BX，Gao HX，et al.Desulfurization of flue gas：SO2absorption by an ionic liquid ［J］.Angewandte Chemic－International Edition，2004，43（18）：2415～2417.

［4］马莉，王洪国 .酸性缓蚀剂的研究进展 ［J］.当代化工，2012，41（10）：1087～1089.

［5］艾俊哲，梅平，郭兴蓬.NaCl水溶液中缓蚀剂控制电偶腐蚀的研究 ［J］.中国腐蚀与防护学报，2008，28（2）：90～94.