周璇，汪溢，胡泽文，杜伟

（长江大学石油工程学院，湖北武汉430100）

适用于孤东油田油井管杆的长效缓蚀剂体系优选研究

周璇，汪溢，胡泽文，杜伟

（长江大学石油工程学院，湖北武汉430100）

针对孤东油田油井管杆腐蚀的特点，对长效缓蚀剂体系进行了室内研究。采用静态挂片失重法优选出母体缓蚀剂的种类为胜利咪唑啉，加量为50 mg/L；选择了阻垢剂(HEDP)、除氧剂(硫脲)、杀菌剂(阳离子杀菌剂)等添加剂；利用三因素三水平正交实验方法优选出适用于孤东油田油井管杆的长效缓蚀剂体系(GD)的基本配方组成：48%胜利咪唑啉+28%HEDP+14%硫脲+10%阳离子杀菌剂。

油井防腐；缓蚀剂；咪唑啉；静态挂片失重法

近年来，在油田生产中一种常见的防腐缓蚀措施是用注入法[1]向井筒或储罐等需要进行防腐作业的环境里加入液体的缓蚀抑制剂[1]。

咪唑啉缓蚀剂[2]的缓蚀效果较理想，且也是在现今实践中应用最广泛的一类缓蚀抑制剂[3]。水溶性咪唑啉[4]衍生物是一种新型的缓蚀剂，它可以与酸性介质溶液中的某些氧化剂发生络合反应，降低它的电位，从而起到缓蚀的作用[4]。咪唑啉[2]环上氮原子会发生化合价的改变，当其上的氮原子变为五价形式的季胺盐后，由于带负电荷的目的金属表面会吸附季胺阳离子，所以将会对发生阳离子的放电产生较大影响，从而阳极反应得到了有效的抑制[5]。此外，对阳离子缓蚀剂的静电吸附[6]，季胺盐上的阴离子也会产生较大的影响。由于以上多种起缓蚀因素的能够协同作用[7]，所以使得咪唑啉缓蚀抑制剂的缓蚀效果显著：（1）当酸性介质和目的金属接触时，季铵盐咪唑啉缓蚀剂[7]可以在目的金属的表面上形成单分子膜；（2）经季铵化后，季铵盐咪唑啉缓蚀剂[8]中咪唑啉的氮原子变成阳离子大分子，其很容易吸附在被表面带负电荷的目的金属表面的活性点上，这种吸附可以在很大程度上抑制氢离子放电作用，从而有效地抑制阴极反应[9]。

1 实验部分

本文中所用缓蚀剂为咪唑啉类缓蚀剂。所用方法为腐蚀静态挂片法[10]。评价用试片为标准N80钢片，孤东污水作为介质，常压，实验温度60℃。进行静态挂片失重法试验。

腐蚀速率和缓蚀率的计算如下所示：

1腐蚀速率的计算由公式(1)给出：

式中：K—钢片的腐蚀速率，g·m-2·h-1；

g0—钢片腐蚀前的质量，g；

g1—钢片腐蚀后的质量，g；

s—N80钢片的表面积，m2；

t—腐蚀反应进行的时间，h。

②缓蚀率的计算由公式（2）给出：

式中：η—缓蚀率，%；

k0—空白样（孤东污水为介质）中钢片的腐蚀速率，g·m-2·h-1；

k—介质中加有缓蚀剂时钢片的腐蚀速率，g·m-2·h-1。

1.1 母体缓蚀剂优选

1.1.1 母体缓蚀剂种类优选

本文针对孤东油田中缓蚀效果好，应用较为广泛的10种流体缓蚀剂，以此为基础从中选择出缓蚀效果较好的缓蚀剂作为母体缓蚀剂。

实验时间为72 h，10种缓蚀剂的加量均设置为50 mg·L-1，采用静态挂片失重法对10种缓蚀剂进行优选。实验结果列入表1。

表1 10种缓蚀剂的缓蚀率Table1 The corrosion-inhibiting rate of ten kinds of corrosion inhibitors

从表1中可以得出：胜利咪唑啉的缓蚀效果最好，其腐蚀速率为0.059 3 g·m-2·h-1，缓蚀率高于90%；K料咪唑啉次之，其腐蚀速率为0.082 0 g·m-2·h-1，缓蚀率为88.1%。这两种缓蚀剂的缓蚀效果最好。因此优选出这两种缓蚀剂进行后续实验。1.1.2母体缓蚀剂加量优选

在上述实验对母体缓蚀剂的种类进行初步优选的基础上，选择胜利咪唑啉和K料咪唑啉这两种缓蚀剂作进一步的实验考察。分别将这两种缓蚀剂的加量都设置10、30、50、70、90 mg·L-1的浓度梯度，实验时间为72 h，采用静态挂片失重法对缓蚀剂的加量进行优选。

随着加量的增大，胜利咪唑啉与K料咪唑啉的缓蚀率随浓度的变化如图1和图2所示。

图1 胜利咪唑啉缓蚀剂的缓蚀率随浓度的变化Fig.1 The variation of the ShengLi imidazoline’s corrosion-inhibiting rate with concentration

图2 K料咪唑啉缓蚀剂的缓蚀率随浓度的变化Fig.2 The variation of the K-imidazoline’s corrosion-inhibiting rate with concentration

由图1和图2可以得出：随着缓蚀剂浓度的增加，胜利咪唑啉及K料咪唑啉的缓蚀率均增加，但在加量浓度高于50 mg·L-1后，两者的缓蚀率增加幅度均不大。在加量浓度为50 mg·L-1时，胜利咪唑啉的缓蚀率为90.2%，缓蚀效果较好；K料咪唑啉的缓蚀率为88.1%，缓蚀效果次之。最终综合缓蚀效果及成本因素，缓蚀剂的种类确定为胜利咪唑啉，加量浓度确定为50 mg·L-1。

1.2 添加剂的选择及配伍性研究

为了提高缓蚀剂的缓蚀效果且考虑除氧[12]、阻垢[13]、杀菌[14]等应有作用，根据可用药品的性质、功效以及药品实际应用情况，选择出效果好的添加剂。除氧剂选择硫脲（白色晶体）[12]、阻垢剂选择HEDP（有机磷酸类，白色粉末状固体）[13]、杀菌剂选择阳离子杀菌剂（吸附型季铵化合物）[14]；并对这三种添加剂进行腐蚀速率和缓蚀率的测定。1.2.1添加剂的腐蚀速率和缓蚀率的测定

实验时间为7 d，添加剂的加量均为50 mg·L-1，实验结果列入表2。

表2 三种缓蚀剂助剂的腐蚀速率及缓蚀率Table2 The corrosion rate and corrosion-inhibiting rate of three types corrosion inhibitor additives

由表2可以得出：硫脲的缓蚀率为78.5%；HEDP的缓蚀率为76.9%；缓蚀效果都比较好。

1.2.2 配伍性研究

将优选加量的母体缓蚀剂即50 mg·L-1的胜利咪唑啉与三种加量均为50 mg·L-1的HEDP、硫脲、阳离子杀菌剂在500 mL的烧杯中相互混合均匀后，观察其有无沉淀和絮凝等现象发生。实验结果表明无沉淀和絮凝现象，说明母体缓蚀剂和三种添加剂的配伍性[15]良好。

1.3 长效缓蚀剂配方优化

由以上母体缓蚀剂种类优选实验、母体缓蚀剂加量优选实验、添加剂的缓蚀率测定及配伍性实验可以得出：50 mg·L-1的胜利咪唑啉的缓蚀效果最佳。选择HEDP，硫脲，杀菌剂这三种添加剂作为缓蚀剂助剂。选取50 mg·L-1的胜利咪唑啉为母体缓蚀剂加量和种类，改变三种添加剂的加量，设计出三因素三水平正交[16]实验。三因素三水平实验表如表3所示。

表3 因素水平实验表Table3 Factors and levels

具体实验安排如表4所示。

表4 实验安排表Table4 Experiment arrangement

实验时间为72 h，采用静态挂片失重法，依据上述正交实验方案进行探究。实验结果列入表5中。

表5 三因素三水平的正交实验测得缓蚀率Table5 The results of three factors and three levels orthogonal experiment

由表5可以得出，HEDP加量30 mg·L-1、硫脲加量15 mg·L-1、杀菌剂加量10 mg·L-1和HEDP加量为30 mg·L-1、硫脲加量为30 mg·L-1、阳离子杀菌剂加量为15 mg·L-1这两种配方的缓蚀率都比较理想，但考虑到缓蚀剂的配伍性、协同增效及成本等因素，最终优选出的配方为：50 mg·L-1胜利咪唑啉+30 mg·L-1HEDP+15 mg·L-1硫脲+10 mg·L-1阳离子杀菌剂。按质量配比换算得到：48%胜利咪唑啉+28%HEDP+14%硫脲+10%阳离子杀菌剂，并将此体系命名为GD。

2 结论

（1）利用静态挂片失重法优选出了母体缓蚀剂的种类为胜利咪唑啉，最佳加量为50 mg/L；

（2）添加剂中，除氧剂选择硫脲、阻垢剂选择HEDP、杀菌剂选择阳离子杀菌剂，实验证明添加剂与缓蚀剂的配伍性良好。

（3）采用三因素三水平实验方法优选出了适用于孤东油田油井管杆的长效缓蚀剂体系(GD)的基本配方：48%胜利咪唑+28%HEDP+14%硫脲+10%YL杀菌剂。

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Research on Optimization of Long-term Corrosion Inhibitor System for Gudong Oilfield

ZHOU Xuan,WANG Yi,HU Ze-wen,DU Wei
（College of Petroleum Engineering，Yangtze University，Hubei Wuhan 430100，China）

According to the characteristics of the oil well tube and rod’s corrosion in Gudong oilfield,an indoor study on long-term corrosion inhibitor system was carried out.Through static weight-loss method,Shengli imidazoline as the matrix corrosion inhibitor was chosen,and its dosage was 50 mg/L;and then HEDP as scale inhibitor,thiourea as deoxidant and benzethonium chloide as bactericide were chosen;By using three factors and three levels orthogonal experiment method,the basic recipe of long-term corrosion inhibitor system(GD)for the oil well tubes and rods in Gudong oilfield was determined as follows:48%ShengLi imidazoline+28%HEDP+14%thiourea+10% bactericide.

Protection of oil wells from corrosion;Corrosion inhibitor;Imidazoline;Static weight-loss method

TE357

A

1671-0460（2017）03-0419-03

2016-10-24

周璇（1992-），女，山东济南人，硕士在读，研究方向：从事油田化学及提高采收率方面的工作。E-mail：1024923859@qq.com。