石油管道防腐专用缓蚀剂研究

摘要

油气开采和集输过程中，H2S的存在使石油管道和设备极易产生局部腐蚀，这种腐蚀可发生在管道和设备的任何部位且不易被察觉，一旦发生很快就引起局部破裂和穿孔而造成管道和设备的失效，导致开采过程中频繁的更换设备和管道。这不仅增加了油气开采的成本还给现场作业埋下了安全隐患。缓蚀剂可以混入油气中，在石油设备的任何接触部位形成保护膜，成本低，安全可靠，使用方便，因此针对石油管道局部腐蚀的实际开发一种适合油气管道的缓蚀剂，对提高油气钻采设备的服役寿命和安全性有着较大的现实意义。本课题采用失重法、电化学方法、表面分析技术，研究探讨了两种季铵盐缓蚀剂，咪唑啉季铵盐缓蚀剂(以下简称MQ)和喹啉季铵盐缓蚀剂(以下简称QA)对石油专用N80钢的缓蚀作用及其缓蚀机理，并采用模拟闭塞电池方法，研究了缓蚀剂在H2S、NaCl腐蚀介质中对石油专用管道孔蚀的缓蚀性和缓蚀效率。研究结果表明:
　　MQ和QA缓蚀剂均是良好的石油用缓蚀剂，在模拟石油腐蚀介质即0.5％醋酸+5％NaCl饱和硫化氢标准腐蚀溶液中随着缓蚀剂添加量的增加，缓蚀效率均增大，MQ添加量为0.4％时，对N80钢的缓蚀率可达99.46％，QA添加量为0.8％时，缓蚀率可达96.57％。两种缓蚀剂在N80钢表面的吸附都是自发吸附过程，吸附符合Langmuir单分子层吸附。N80钢在饱和H2S介质中的腐蚀活化能为9.38kJ/mol，添加0.3％MQ缓蚀剂可使腐蚀的活化能升高到11.39kJ/mol，添加0.8％QA缓蚀剂时，活化能增加到22.13kJ/mol，MQ和QA缓蚀剂的添加均使腐蚀阻力增加。55℃时，在饱和H2S溶液中，添加MQ或QA缓蚀剂都能有效地阻止闭塞区溶液的pH降低，使Cl-、S2-在闭塞区内的浓集倍数显著降低，孔蚀缓蚀效率随着缓蚀剂浓度的增加而增加。添加0.3％～0.4％MQ缓蚀剂时，和空白溶液相比闭塞区pH值升高了1.19倍，Cl-、S2-浓度分别降低1.75和1.16倍，MQ对孔蚀的缓蚀率可到达95％以上;随着腐蚀时间的延长，缓蚀剂对小孔腐蚀的抑制效果增大，孔蚀扩展受到抑制;随着温度的升高，孔蚀缓蚀率有所降低，但70℃时仍大于92％。添加0.6％～0.8％QA缓蚀剂时，和空白溶液相比闭塞区pH值升高了1.35倍，Cl-、S2-浓度分别降低1.65和1.18倍，QA对孔蚀的缓蚀率可到达96％以上。但同样孔蚀缓蚀效率，MQ缓蚀剂的添加量较QA少。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 H2S油气田腐蚀现状

1．1．1 H2S腐蚀

1．1．2 局部腐蚀加速理论

1．2 缓蚀剂简介

1．2．1 缓蚀剂的定义

1．2．2 缓蚀剂的分类

1．3 咪唑啉缓蚀剂及其发展现状

1．3．1 咪唑啉简介

1．3．2 咪唑啉的合成

1．3．3 咪唑啉缓蚀剂的发展现状

1．4 喹啉缓蚀剂及其研究现状

1．4．1 喹啉简介

1．4．2 喹啉缓蚀剂的合成

1．4．3 喹啉缓蚀剂发展现状

1．5 咪唑啉及喹啉缓蚀剂的作用机理

1．5．1 有机缓蚀剂作用机理

1．5．2 局部腐蚀缓蚀剂作用机理

1．6 研究目的意义及内容

1．6．1 研究目的及意义

1．6．2 研究内容

1．6．3 实验路线图

2 研究测试方法

2．1 试验试剂与仪器

2．1．1 试验试剂

2．1．2 试验仪器

2．2 咪唑啉季铵盐及喹啉季铵盐的制备

2．2．1 咪唑啉季铵盐合成机理

2．2．2 咪唑啉季铵盐的制备

2．2．3 喹啉季铵盐

2．3 腐蚀试验

2．3．1 腐蚀溶液的制备

2．3．2 腐蚀试样制备

2．3．3 失重测试

2．3．4 模拟闭塞电池腐蚀

2．4 电化学评价

2．5 腐蚀形貌分析

3 咪唑啉季铵盐在石油介质中缓蚀性研究

3．1 均匀腐蚀的缓蚀性研究

3．1．1 咪唑啉缓蚀剂在H2S介质中对油井专用管N80的缓蚀效率测试

3．1．2 缓蚀效率及缓蚀机理的电化学分析

3．1．3 腐蚀形貌及表面产物分析

3．1．4 缓蚀剂作用机理

3．2 闭塞区内缓蚀性能研究

3．2．1 闭塞区化学状态分析

3．2．2 动电位扫描结果分析

3．2．3 EIS结果分析

3．2．4 SEM结果分析

3．3 本章小结

4 喹啉季铵盐在石油介质中缓蚀性研究

4．1 均匀腐蚀的缓蚀性研究

4．1．1 失重测试

4．1．2 缓蚀效率及缓蚀机理的电化学分析

4．1．3 缓蚀剂的作用机理

4．1．4 SEM结果分析

4．2 喹啉缓蚀剂对小孔腐蚀的影响

4．2．1 电化学噪声

4．2．2 模拟闭塞电池恒电流实验

4．2．3 闭塞区化学状态变化

4．2．4 闭塞区溶液中极化曲线测试

4．2．5 模拟闭塞区溶液中交流阻抗测试

4．2．6 SEM结果分析

4．3 本章小结

5 结论

致谢

参考文献