一种含酯基双季铵盐作为碳钢油气田缓蚀剂的应用

摘要

本发明属于钢材(碳钢)腐蚀与防护技术领域，具体涉及一种含酯基双季铵盐作为碳钢油气田缓蚀剂的应用。一种含酯基双季铵盐作为碳钢油气田缓蚀剂的应用，所述缓蚀剂的有效成分为1,3‑二[(2‑月桂酸乙酯)双甲基季铵基]‑2‑羟基丙基二氯。本发明所述缓蚀剂能防止碳钢材料及其制品在油气田环境中或相应的酸性条件下，与饱和二氧化碳盐溶液接触时所发生的腐蚀电化学反应(局部腐蚀和全面腐蚀)，用量少，无毒，绿色环保，效率高，持续作用能力强，能够有效抑制碳钢的腐蚀破坏，具有显著的应用价值和广阔的市场前景。

说明书

技术领域

本发明属于钢材(碳钢)腐蚀与防护技术领域，具体涉及一种含酯基双季铵盐作为碳钢油气田缓蚀剂的应用。

背景技术

二氧化碳腐蚀是油气田生产过程中最为常见的一种腐蚀形式，它严重地威胁了石油化工行业的安全生产，往往会造成巨大的经济损失，甚至危及到人身安全。缓蚀剂保护技术作为一种成本低廉、行之有效而且易于实施的方法，特别适用于油气井开采及采集系统。对于内腐蚀，优点更加明显。使用缓蚀剂，能够兼顾油套管及井下采集工具和井上输送设备和管线的防护。

目前国内外所使用的缓蚀剂基本上都是吸附型缓蚀剂，如咪唑啉及其盐、链状有机胺及其衍生物、咪唑啉衍生物季铵盐类，松香胺衍生物，或者其它有机化合物(磺酸盐，亚胺乙酸衍生物及炔醇类)。普遍认为咪唑啉衍生物、有机胺和季铵盐类有机胺盐的缓蚀效果较好。目前占有主要市场份额的有机缓蚀剂如：咪唑啉类、季铵盐类，仍存在防腐性能指标和零污染物排放无法统筹兼顾的问题，无毒环保由此成为了缓蚀剂在今后发展中无可回避的制约瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含酯基双季铵盐作为碳钢油气田缓蚀剂的应用，具体涉及一种无毒、高效的有效成分为含酯基双季铵盐的碳钢缓蚀剂，用以抑制碳钢及其制品在饱和二氧化碳盐溶液中的腐蚀。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种含酯基双季铵盐作为碳钢油气田缓蚀剂的应用，所述缓蚀剂的有效成分为1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯。

所述有效成分的浓度为0.01-0.2g/L。

将所述缓蚀剂应用于油气田环境中或相应酸性条件下，对饱和二氧化碳盐溶液中的碳钢材料及其制品进行腐蚀防护。

将碳钢材料及其制品浸没于加入所述缓蚀剂的饱和二氧化碳盐溶液中，浸没温度为25-55℃。

所述油气田环境或相应酸性条件的pH范围为5-6，所述饱和二氧化碳盐溶液是指在质量分数为3％的氯化钠溶液中通入二氧化碳气体，且二氧化碳气体纯度为99.99％。

将酯基引入双季铵盐分子中，不仅可以提高双季铵盐的降解性能，减小对环境的影响，还可以增加双季铵盐缓蚀剂的活性吸附中心，有利于吸附膜的形成，对金属起到更好的保护作用。本发明所述缓蚀剂能防止碳钢材料及其制品在油气田环境中或相应的酸性条件下，与饱和二氧化碳盐溶液接触时所发生的腐蚀电化学反应(局部腐蚀和全面腐蚀)，用量少，无毒，绿色环保，效率高，持续作用能力强，能够有效抑制碳钢的腐蚀破坏，具有显著的应用价值和广阔的市场前景。

本发明的有益效果是：

1.成本低。本发明缓蚀剂的有效成分为1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯，该化合物已用作表面活性剂，来源广泛，价格低廉。

2.无毒环保。本发明缓蚀剂与目前市场上占有主要份额的无机缓蚀剂和咪唑啉缓蚀剂相比，在土壤和生物体中易降解为酸和醇的优势，不会给环境带来负荷，符合绿色缓蚀剂发展的趋势。

3.适用性强。本发明缓蚀剂的适用范围广，在不同盐度、温度的饱和二氧化碳盐溶液中均具有优良的缓蚀性能。

4.高效性。本发明添加少量的缓蚀剂就能够有效抑制碳钢材料或其制品在腐蚀介质中的破坏。

5.耐久性好。本发明缓蚀剂具有长效的作用持久性，能够长时间在酸性环境中保持较高的缓蚀效率。

具体实施方式

本发明按照GB10124-88《金属材料实验室均匀腐蚀全浸试验方法》进行失重试验，并采用电化学交流阻抗谱和动电位极化两种电化学方法进行缓蚀性能表征。虽然三种方法得到的缓蚀效率有一定差异，主要是由于失重法测试的是平均腐蚀速率，电化学方法测试的是瞬态过程中的腐蚀效率，但各种方法的总体变化趋势一致，可以看出在不同缓蚀剂浓度、温度条件下该化合物均具有优良的缓蚀性能。

实施例1

条件：实验材料为碳钢(Fe：99.5％，Mn：0.4-0.5％，C：0.1-0.2％)，有效缓蚀剂成分为1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯，介质为3％氯化钠溶液，用量1L，向溶液中通入二氧化碳气体至饱和，加入1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯的有效含量为10mg，温度为25℃，浸没时间为3天。

通过实验测试获得缓蚀效率分别为：失重35.1％，电化学阻抗谱37.7％，动电位极化曲线37.2％，表明化合物具有一定的缓蚀效果。

实施例2

条件：实验材料为碳钢(Fe：99.5％，Mn：0.4-0.5％，C：0.1-0.2％)，有效缓蚀剂成分为1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯，介质为3％氯化钠溶液，用量1L，向溶液中通入二氧化碳气体至饱和，加入1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯的有效含量为20mg，温度为25℃，浸没时间为3天。

通过实验测试获得缓蚀效率分别为：失重41.6％，电化学阻抗谱42.4％，动电位极化曲线42.8％，表明化合物具有一定的缓蚀效果。

实施例3

条件：实验材料为碳钢(Fe：99.5％，Mn：0.4-0.5％，C：0.1-0.2％)，有效缓蚀剂成分为1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯，介质为3％氯化钠溶液，用量1L，向溶液中通入二氧化碳气体至饱和，加入1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯的有效含量为30mg，温度为25℃，浸没时间为3天。

通过实验测试获得缓蚀效率分别为：失重55.7％，电化学阻抗谱55.5％，动电位极化曲线56.8％，表明化合物具有一定的缓蚀效果。

实施例4

条件：实验材料为碳钢(Fe：99.5％，Mn：0.4-0.5％，C：0.1-0.2％)，有效缓蚀剂成分为1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯，介质为3％氯化钠溶液，用量1L，向溶液中通入二氧化碳气体至饱和，加入1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯的有效含量为50mg，温度为25℃，浸没时间为3天。

通过实验测试获得缓蚀效率分别为：失重76.4％，电化学阻抗谱77.2％，动电位极化曲线77.1％，表明化合物为用量低、效率高的缓蚀剂。

实施例5

条件：实验材料为碳钢(Fe：99.5％，Mn：0.4-0.5％，C：0.1-0.2％)，有效缓蚀剂成分为1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯，介质为3％氯化钠溶液，用量1L，向溶液中通入二氧化碳气体至饱和，加入1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯的有效含量为100mg，温度为25℃，浸没时间为3天。

通过实验测试获得缓蚀效率分别为：失重88.2％，电化学阻抗谱88.6％，动电位极化曲线88.1％，表明化合物为用量低、效率高的缓蚀剂。

实施例6

条件：实验材料为碳钢(Fe：99.5％，Mn：0.4-0.5％，C：0.1-0.2％)，有效缓蚀剂成分为1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯，介质为3％氯化钠溶液，用量1L，向溶液中通入二氧化碳气体至饱和，加入1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯的有效含量为200mg，温度为25℃，浸没时间为3天。

通过实验测试获得缓蚀效率分别为：失重91.4％，电化学阻抗谱90.2％，动电位极化曲线90.5％，表明化合物为用量低、效率高的缓蚀剂。

实施例7

条件：实验材料为碳钢(Fe：99.5％，Mn：0.4-0.5％，C：0.1-0.2％)，有效缓蚀剂成分为1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯，介质为3％氯化钠溶液，用量1L，向溶液中通入二氧化碳气体至饱和，加入1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯的有效含量为100mg，温度为35℃，浸没时间为3天。

通过实验测试获得缓蚀效率分别为：失重89.8％，电化学阻抗谱92.4％，动电位极化曲线93.3％，表明化合物为用量低、效率高的缓蚀剂。

实施例8

条件：实验材料为碳钢(Fe：99.5％，Mn：0.4-0.5％，C：0.1-0.2％)，有效缓蚀剂成分为1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯，介质为3％氯化钠溶液，用量1L，向溶液中通入二氧化碳气体至饱和，加入1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯的有效含量为100mg，温度为45℃，浸没时间为3天。

通过实验测试获得缓蚀效率分别为：失重90.2％，电化学阻抗谱91.3％，动电位极化曲线91.8％，表明化合物为用量低、效率高的缓蚀剂。

实施例9

条件：实验材料为碳钢(Fe：99.5％，Mn：0.4-0.5％，C：0.1-0.2％)，有效缓蚀剂成分为1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯，介质为3％氯化钠溶液，用量1L，向溶液中通入二氧化碳气体至饱和，加入1,3-二[(2-月桂酸乙酯)双甲基季铵基]-2-羟基丙基二氯的有效含量为100mg，温度为55℃，浸没时间为3天。

通过实验测试获得缓蚀效率分别为：失重88.3％，电化学阻抗谱89.4％，动电位极化曲线89.9％，表明化合物为用量低、效率高的缓蚀剂。