CO2-H2S腐蝕體系中緩蝕劑的緩蝕機(jī)理及協(xié)同效應(yīng)研究.pdf

1、腐蝕是一個(gè)自發(fā)過(guò)程，影響著人們的生產(chǎn)生活。CO2/H2S引起的碳鋼的腐蝕是油氣田行業(yè)中常見(jiàn)的腐蝕類型，由其引發(fā)的事故屢見(jiàn)不鮮。腐蝕的發(fā)生不僅破壞了良好的生產(chǎn)秩序，同時(shí)威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全;而腐蝕失效事故的發(fā)生，還會(huì)造成大量的經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡，破壞了社會(huì)的安定和諧。
　　抑制CO2/H2S腐蝕的方法有很多，其中加注緩蝕劑是一種操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)有效的腐蝕防護(hù)方法，已得到廣泛的應(yīng)用。但是，緩蝕劑技術(shù)的應(yīng)用存在兩個(gè)問(wèn)題，其一是緩蝕劑的

2、效果受腐蝕環(huán)境的影響很大，比如某些在CO2中緩蝕效果較好的緩蝕劑，當(dāng)H2S存在時(shí)，其效果會(huì)顯著下降;其二是單一的緩蝕劑無(wú)法滿足防護(hù)要求，需要利用緩蝕劑間的協(xié)同效應(yīng)，制備復(fù)合緩蝕劑，而緩蝕協(xié)同效應(yīng)的研究往往依賴于大量的實(shí)體實(shí)驗(yàn)，缺乏理論指導(dǎo)。針對(duì)上述問(wèn)題，本文開(kāi)展了大量實(shí)驗(yàn)，在CO2/H2S共存鹽水溶液中研究了緩蝕劑的緩蝕機(jī)理及協(xié)同效應(yīng)，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　一、采用XRD、SEM、EDS等表面分析技術(shù)，研究了CO2/H2S共存鹽

3、水溶液中碳鋼表面腐蝕產(chǎn)物膜的性質(zhì)。研究表明，該腐蝕體系中形成的腐蝕產(chǎn)物包含大量的FeS和少量的FeCO3;隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)物膜的厚度增加，且產(chǎn)物膜中含有大量的孔洞。
　　二、通過(guò)電化學(xué)測(cè)試方法、失重實(shí)驗(yàn)和SEM表面分析技術(shù)評(píng)價(jià)了HS-離子對(duì)9種緩蝕劑性能的影響，發(fā)現(xiàn)H2S的引入可顯著提高咪唑啉季銨鹽(IAS)、吡啶季銨鹽(BPC)、十二烷基三甲基溴化銨(DTAB)、十四烷基三甲基溴化銨(TTAB)、十六烷基三甲基溴化銨(CT

4、AB)和飽和十八胺(OCT)的緩蝕性能，同時(shí)嚴(yán)重惡化硫脲(TU)、L-半胱氨酸(CYS)和十二烷基磺酸鈉(SDS)的緩蝕作用。酸性溶液中H2S腐蝕的第一步是HS-離子在碳鋼表面的吸附，這一過(guò)程使碳鋼表面帶負(fù)電荷，而IAS、BPC、OCT、DTAB、TTAB、CTAB等緩蝕劑均可在溶液中發(fā)生電離或質(zhì)子化而產(chǎn)生緩蝕劑陽(yáng)離子，緩蝕劑陽(yáng)離子與帶負(fù)電荷的碳鋼表面間的靜電引力可能會(huì)促進(jìn)緩蝕劑的吸附。分子動(dòng)力學(xué)模擬表明，HS-離子可以顯著富集在IAS

5、、BPC、TTAB等緩蝕劑陽(yáng)離子周圍，進(jìn)一步說(shuō)明這些緩蝕劑性能的提高主要源于緩蝕劑陽(yáng)離子與HS-離子間強(qiáng)烈的相互作用。此外，若碳鋼表面已存在腐蝕產(chǎn)物，緩蝕劑的性能會(huì)顯著降低。
　　三、評(píng)價(jià)過(guò)的9種緩蝕劑中，OCT與IAS在CO2飽和鹽水溶液及CO2/H2S共存的鹽水溶液中均具有較好的緩蝕性能，也就是說(shuō)腐蝕環(huán)境的變化對(duì)這兩種緩蝕劑性能的影響較小，因此，在CO2/H2S共存的鹽水溶液中，選擇OCT與IAS作為復(fù)合緩蝕劑開(kāi)發(fā)過(guò)程中的主劑

6、。DTAB、TTAB、CTAB均屬于表面活性劑，其可能有助于緩蝕劑主劑在溶液中的分散，因此，選擇這3種表面活性劑為助劑。
　　通過(guò)電化學(xué)測(cè)試、XPS、分子模擬技術(shù)等研究了OCT或IAS與3種表面活性劑間的緩蝕協(xié)同效應(yīng)，研究結(jié)果表明，OCT與TTAB及IAS與DTAB間存在較好的緩蝕協(xié)同效應(yīng)。分子動(dòng)力學(xué)模擬的計(jì)算結(jié)果表明，隨著復(fù)合緩蝕劑成分及成分間質(zhì)量濃度比的變化，緩蝕劑膜具有不同的自由體積分?jǐn)?shù)(FFV)，而FFV的變化規(guī)律與判定協(xié)

7、同效應(yīng)強(qiáng)度的參數(shù)S值間存在一定的負(fù)相關(guān)性，即FFV值較小時(shí)，S值較大。這一相關(guān)性可能有助于緩蝕劑間協(xié)同效應(yīng)的預(yù)測(cè)及最佳復(fù)配比例的確定。
　　四、隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，綠色緩蝕劑的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用已成為緩蝕劑研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。本部分采用電化學(xué)測(cè)試、FTIR、XPS、SEM等方法對(duì)橙子皮提取物(OPE)在CO2/H2S共存鹽水溶液中對(duì)Q235鋼腐蝕的抑制作用及其與IAS間的協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明，OPE在CO2/H2S體系中對(duì)Q

8、235鋼具有較好的緩蝕性能，當(dāng)IAS與OPE復(fù)配使用時(shí)，OPE的緩蝕性能大幅提升，二者間存在較好的緩蝕協(xié)同效應(yīng);OPE中含有大量的含O基團(tuán)及少量的含N基團(tuán)，XPS測(cè)試表明含有這些基團(tuán)的有機(jī)物可吸附在碳鋼表面，形成緩蝕劑膜層;當(dāng)OPE與IAS復(fù)配使用時(shí)，在碳鋼表面可同時(shí)檢測(cè)到IAS的存在，說(shuō)明在碳鋼表面OPE中具有緩蝕作用的有機(jī)物與IAS可發(fā)生共吸附。
　　總之，本文的目的是在CO2/H2S共存鹽水溶液中篩選出效果較好的緩蝕劑，并研