油氣田用抑制CO2腐蝕的咪唑啉類緩蝕劑的緩蝕行為研究.pdf

1、隨著石油和天然氣工業(yè)的迅速發(fā)展,越來越多的天然氣井和輸氣管線存在氣液兩相中的CO2腐蝕,這種問題成為近年來研究的熱點。采用緩蝕劑技術(shù)抑制油氣田中普遍存在的CO2腐蝕有用量少、成本低、操作方便、能適應(yīng)許多惡劣環(huán)境等優(yōu)點。咪唑啉類緩蝕劑具有優(yōu)良的緩蝕性能、無特殊的刺激性氣味、熱穩(wěn)定性好、毒性低,在油田管線設(shè)備的防護實踐中被廣泛應(yīng)用。隨著人類環(huán)境保護意識的增強和可持續(xù)發(fā)展思想的深入,對于低毒高效的新型咪唑啉緩蝕劑的開發(fā)及機理探討則顯得尤為重要

2、。
　　 (1)本實驗室通過分子優(yōu)化設(shè)計合成了一種具有多吸附中心、水溶性良好的咪唑啉磷酸酯季銨鹽緩蝕劑,本文首次對該緩蝕劑抑制液相中Q235鋼的CO2腐蝕的緩蝕性能和緩蝕機理進行了系統(tǒng)、深入地研究。
　　 采用失重法、極化曲線法、交流阻抗法(EIS)和掃描電子顯微鏡(SEM)等測試手段研究了Q235鋼在添加不同濃度咪唑啉磷酸酯季銨鹽緩蝕劑(IPI)的CO2飽和的2％NaCl溶液中的緩蝕性能和作用機制,結(jié)果表明該IPI緩蝕

3、劑可以有效地抑制液相中Q235鋼的CO2腐蝕,緩蝕率隨著緩蝕劑濃度的增加不斷增大,濃度為1000 mg·L-1時,293 K和333 K時的緩蝕率最高分別達到93.3％和85.0％,緩蝕率隨著浸泡時間的延長下降緩慢,具有非常好的后效性。腐蝕速率隨著溫度的升高而增加,在同一濃度下,緩蝕率隨著溫度升高而降低。IPI緩蝕劑對于Q235鋼腐蝕反應(yīng)的陰、陽極反應(yīng)都有抑制作用,抑制陽極反應(yīng)較陰極明顯,屬于典型的陽極型緩蝕劑,作用方式為“負催化效應(yīng)”

4、。
　　 為了進一步對IPI緩蝕劑吸附膜的性質(zhì)進行分析與表征,采用了FT-IR和XPS表面分析測試,結(jié)果證實IPI緩蝕劑確實可以在碳鋼表面形成緩蝕劑吸附膜并且吸附膜的主要成分是其水解產(chǎn)物長鏈脂肪酰胺(LFA)。
　　 采用量子化學(xué)PM6半經(jīng)驗算法計算并驗證了LFA的緩蝕性能與分子結(jié)構(gòu)之間的規(guī)律,研究了其在Q235鋼表面的吸附模式。計算結(jié)果表明優(yōu)化后的LFA分子結(jié)構(gòu)中,多個雜原子N、O、P大致在一個平面上,有利于分子在碳鋼

5、表面多中心吸附。LFA分子的吸附主要是通過胺基、?；土姿狨セ鶊F與碳鋼表面的Fe原子發(fā)生相互作用。
　　 (2)本實驗室從緩蝕劑分子設(shè)計角度出發(fā),在量子化學(xué)指導(dǎo)下,開發(fā)了另一種具有多吸附中心的的硫脲基咪唑啉緩蝕劑。本文系統(tǒng)地研究了該緩蝕劑在氣液兩相中抑制Q235鋼CO2腐蝕的緩蝕性能并對緩蝕機理進行了深入地探討。
　　 采用失重法、極化曲線法和EIS等測試方法研究了硫脲基咪唑啉緩蝕劑(TAI)在不同溫度、不同濃度時的氣液

6、兩相的緩蝕性能及其緩蝕劑吸附膜在Q235鋼表面的生長和衰減規(guī)律,測試結(jié)果表明該TAI緩蝕劑在較低濃度時即對Q235鋼的氣液兩相的CO2腐蝕具有較好的緩蝕效果。由于吸附模式的改變,液相的緩蝕率在濃度為50 mg·L-1時出現(xiàn)了濃度極值現(xiàn)象。隨著浸泡時間的延長,液相的緩蝕率緩慢下降,而氣相的緩蝕率出現(xiàn)波動現(xiàn)象,這可能是由于碳鋼表面的腐蝕產(chǎn)物與緩蝕劑的協(xié)同效應(yīng)所致。隨著溫度的升高,氣液兩相的腐蝕速率均增大,緩蝕率略有降低。TAI緩蝕劑對于Q2

7、35鋼腐蝕反應(yīng)的陰、陽極反應(yīng)都有抑制作用,抑制陽極反應(yīng)較陰極明顯,屬于典型的陽極型緩蝕劑。零電荷電位的測定結(jié)果表明,Q235鋼在空白溶液及不同濃度TAI溶液中表面均帶有過量的負電荷,TAI緩蝕劑的加入使零電荷電位正移。
　　 表面分析測試FT-IR、AFM和XPS結(jié)果證實TAI緩蝕劑在液相和氣相中在Q235鋼表面形成的緩蝕劑吸附膜的主要成分分別為TAI分子及其水解產(chǎn)物酰胺AMI分子。相對于空白溶液,加入TAI緩蝕劑之后,Q235