柳敏

（大港油田采油工艺研究院，天津300280）

空气泡沫驱腐蚀防控技术对策研究

柳敏

（大港油田采油工艺研究院，天津300280）

出于空气泡沫驱注入安全性考虑将注入空气中的氧含量降至5%以下，本文模拟空气泡沫驱现场工况条件，进行缓蚀剂对油管和管线钢、特种涂层对油管在饱含5%O2的空气的地层水中腐蚀行为影响研究。

有氧腐蚀；缓蚀剂；Tafel曲线；线性极化曲线；特种涂层；钝化

随着我国陆上油田相继进入开采中后期，原油的开采难度加大，注水、注空气泡沫驱油的技术相继大规模应用造成了管材严重的腐蚀，同时也造成了严重的环境污染问题，因此，研究开发相应的抗氧腐蚀技术是当前油气田所面临的迫切需要解决的一个问题。目前对于注泡沫管柱采取的防腐措施主要有注入过程中添加缓蚀剂的方式，采取对油管表面镀特殊材料或者对油管表面进行钝化处理防腐工艺［1］。

1　实验目的

利用电化学工作站和高温高压釜技术评价油管在饱含5%O2的空气的地层水中采取缓蚀剂、涂层和钝化处理后的氧腐蚀行为，为防腐措施选择提供理论依据。

2　实验装置及实验方法

实验装置主要有M273A型电化学工作站和高温高压釜。试样为油管和管线钢，规格为Φ10 mm×5 mm，其中一个圆面用铜线引出，次面及侧面用环氧树脂密封，露出背面作为工作面，工作面用水磨砂纸逐级打磨至1500号，酒精清洗。实验前往地层水中先通入氮气2 h，带水中氧气除干净后再通入含氧5%的空气。测定试样的腐蚀电位，得出Tafel曲线和线性极化曲线。

3　实验结果与讨论

3.1缓蚀剂对油管和管线钢在饱含5%O2的空气的地层水中腐蚀行为影响

图1　油管钢在饱含5%O2空气的地层水中添加缓蚀剂前后测得的Tafel曲线和线性极化曲线

油管钢在饱含5%O2空气的地层水中添加缓蚀剂前后测得的Tafel曲线和线性极化曲线（见图1），由图1可以看出，添加缓蚀剂前后，油管钢的腐蚀电位明显负移，同时阴阳极腐蚀电位显著呈现增加趋势，这说明缓蚀剂加入后油管钢的腐蚀程度明显减轻，缓蚀剂能有效地缓解油管在所研究介质的腐蚀程度。

线性极化曲线显示出添加缓蚀剂前后测得的线性极化曲线中直线段斜率显著下降，这意味着缓蚀剂添加后油管腐蚀过程的阻力显著增加，即缓蚀剂加入后油管的腐蚀速率下降。

腐蚀参数的拟合结果（见表1），由表1可以看出，缓蚀剂添加后阴阳极腐蚀常数增大，而腐蚀电流呈现减小的趋势。本实验中所用缓蚀剂属于强吸附型混合型缓蚀剂，其主要成分为含有氮、磷等原子的喹啉、咪唑啉等有机高分子化合物，这种化合物由极性基团和非极性基团构成，故具有很强的界面活性；同时复配丙酮肟等其他增效剂。其吸附机理为：有机高分子化合物中的氮、磷原子上带有孤对电子，其能进入铁原子（离子）杂化的dsp空轨道，形成配位键，发生络合作用，生成稳定的具有六元环状结构的螯合物吸附在铁表面，形成完整的疏水保护膜，同时在分子形成配位键后，铁表面的电位相对较正，较难进一步吸附阳离子，而在此时加入的其他增效剂在溶液中能产生负离子，其被正电性的铁表面吸附，使其带上负电荷，有利于有机高分子在铁表面发生特性吸附，从而形成多层网状吸附，达到防腐效果［2］。

表1　缓蚀剂对油管在饱含5%O2的空气的地层水中的腐蚀参数影响

3.2特种涂层对油管在5%O2的空气的地层水中腐蚀行为影响

油管钢表面镀TiAlN和TiCrN特种涂层后在饱含5%O2的空气的地层水中测得的Tafel曲线和线性极化曲线（见图2），由图2可以看出，油管钢表面镀特种涂层后腐蚀电位明显正移，而腐蚀电流则显著减小，这说明油管表面镀层后腐蚀程度显著减轻，所研制的特种涂层能有效地缓解油管在所研究介质的腐蚀。

图2　油管钢在饱含5%O2的空气的地层水中表面镀层前后测得的Tafel曲线和线性极化曲线

线性极化曲线显示出油管表面镀膜后测得的线性极化曲线中直线段斜率显著增加，这意味着缓蚀剂添加后油管腐蚀过程的阻力显著增加，即缓蚀剂加入后油管的腐蚀速率下降。

腐蚀参数的拟合结果（见表2），由表2可以看出，油管表面镀膜后阴阳极腐蚀常数增大，而腐蚀电流呈现减小的趋势。

表2　涂层前后油管在饱含5%O2的空气的地层水中的腐蚀参数影响

油管在镀TiAlN和TiCrN后在饱含5%O2的空气的地层水中浸泡2 h后测得的电化学阻抗谱（见图3），由图3可以看出，Nyquist曲线由高频和低频容抗弧组成，基体镀膜厚测得的容抗弧远远大于镀膜前测得的容抗弧半径，这表明镀膜后基体的耐腐蚀性能显著提高，图3中的Bode曲线显示出镀膜后相位角呈现增加的趋势。

图3　油管在饱含5%O2的空气的地层水中镀膜前后测得的电化学阻抗谱

腐蚀参数的拟合结果（见表3），由表3可以看出，镀膜后传递电阻和膜电阻显著增加，而双电层电容和膜电容则呈下降趋势，电阻的增加和电容的减小意味着基体的防腐性能增强［3］。

表3　图3中所示阻抗谱拟合结果

3.3钝化处理对油管在5%O2的空气的地层水中腐蚀行为影响

油管钢经钝化液（钝化液组成：50 g/L钼酸铵+20 g/L三氧化二铬+1 g/L磷酸+5 g/L高锰酸钾，钝化温度85℃，钝化时间2 h）钝化处理前后，在饱含5%O2的空气的地层水中测得的Tafel曲线和线性极化曲线（见图4），由图4可以看出，油管钢表面钝化处理后腐蚀电位明显正移，而腐蚀电流则显著减小，这说明油管表面钝化后腐蚀程度显著减轻。

线性极化曲线显示出油管表面钝化后测得的线性极化曲线中直线段斜率显著增加，这意味着钝化处理后油管腐蚀过程的阻力显著增加，即钝化处理后油管的腐蚀速率下降。

图4　油管经钝化液钝化前后在饱含5%O2+N2+5%CO2气体的地层水中测得的Tafel曲线和线性极化曲线

表4　油管经钝化液钝化前后在饱含5%O2的空气的地层水中的腐蚀参数

腐蚀参数的拟合结果（见表4），由表4可以看出，油管表面钝化后阴阳极腐蚀常数增大，而腐蚀电流呈现减小的趋势。

图5　油管经钝化液钝化前后在饱含5%O2的空气的地层水中测得的电化学阻抗谱

表5　图5中所示阻抗谱拟合结果

油管在钝化处理前后在饱含5%O2的空气的地层水中浸泡2 h后测得的电化学阻抗谱（见图5），由图5可以看出，Nyquist曲线由高频和低频容抗弧组成，表面钝化处理后测得的容抗弧远远大于未钝化处理前测得的容抗弧半径，这表明钝化后基体的耐腐蚀性能显著提高，Bode曲线显示出钝化后相位角呈现增加的趋势。

腐蚀参数的拟合结果（见表5），由表5可以看出，钝化后传递电阻和膜电阻显著增加，而双电层电容和膜电容则呈下降趋势，电阻的增加和电容的减小意味着基体的防腐性能增强。

4　结论

（1）缓蚀剂有机高分子在铁表面发生特性吸附，从而形成多层网状吸附，能阻止氧对油管钢质的腐蚀，有效地缓解油管在有氧条件下的腐蚀程度；

（2）油管表面镀TiAlN和TiCrN后，传递电阻和膜电阻显著增加，而双电层电容和膜电容则呈下降趋势，电阻的增加和电容的减小意味着基体的防腐性能增强，能减缓有氧条件下的油管腐蚀；

（3）油管经钝化液钝化处理后腐蚀速率降低近一个数量级，能有效降低腐蚀的发生，这是对于老井注空气泡沫套管防腐的一条途径。

［1］雷霞，等.钼酸盐钝化碳钢的缓蚀性能研究［J］.山西化工，2015，（4）：9-11.

［2］方景礼，叶向荣，李莹，等.缓蚀剂的作用机理［J］.化学通报，1993，（6）：5-13.

［3］丁丙华，李顺龙，余存烨，等.不锈钢密封面在醋酸中的缝隙腐蚀及对策［J］.石油化工腐蚀与防护，2005，22（6）：7-9.

TE988.2

A

1673-5285（2016）10-0037-04

10.3969/j.issn.1673-5285.2016.10.009

2016－07-27

柳敏，男（1981-），工程师，主要从事三次采油研究工作，邮箱：dgyt_liumin@petrochina.com.cn。