油田鉆具、管道系統(tǒng)腐蝕規(guī)律及緩蝕劑緩蝕性能和機制研究.pdf

1、油田鉆具和管道系統(tǒng)腐蝕是油田工程中普遍存在的問題。鉆具的腐蝕主要源自于鉆井液中的氧氣、各種離子及溫度等。管道的腐蝕最主要是因為輸送的流體中含有CO2，尤其是在高溫和高壓下，CO2腐蝕更嚴(yán)重。 根據(jù)鉆井液的組成成分，選擇十種鹽水鉆井液常用的單一鹽(NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、ZnCl2、NaBr、CaBr2、ZnBr2、CHOONa和CHOOK)和復(fù)合鹽作為研究對象，分析單一鹽和復(fù)合鹽對鉆具鋼(G105)的腐蝕機理。

2、結(jié)果表明：腐蝕速率隨著鹽濃度的增加而降低，G105鋼在無機鹽中的腐蝕速率大于有機鹽的腐蝕速率。在無機鹽中， ZnBr2溶液中腐蝕速率最大；CaBr2溶液和NaCl溶液中的腐蝕速率都較小。ZnBr2和ZnCl2溶液中主要發(fā)生的陰極反應(yīng)為氧和H+的去極化反應(yīng)。溶解氧含量基本隨鹽濃度增加呈線性降低。瞬時腐蝕速率表明G105鋼在各種單一鹽中的腐蝕產(chǎn)物膜對腐蝕速率基本沒有影響。 復(fù)合鹽中各種離子及溫度是影響腐蝕速率最重要的因素，所以采用拉

3、丁正交實驗研究離子和溫度對腐蝕速率的影響。拉丁正交實驗表明：Cl-對腐蝕速率影響最大，溫度次之，而Br-對腐蝕速率的影響最小，Ca2+對腐蝕速率的影響較Mg2+稍大。G105鋼在復(fù)合鹽水中腐蝕速率最低的配方為：溫度40℃、5mol/LCl-、0.04mol/LCa2+、0.008mol/LMg2+、0.01 6mol/LBr-，此時腐蝕速率為0.0197g/m2.h(0.022mm/a)。拉丁實驗中1、2、10號實驗腐蝕產(chǎn)物主要為β-F

4、eOOH。 根據(jù)地層特性和鉆井深度的要求，復(fù)合鹽鉆井液中常采用加入ZnBr2增加復(fù)合鹽的密度。采用失重實驗研究了G105鋼在復(fù)合鹽中加入不同量ZnBr2的腐蝕規(guī)律。結(jié)果表明G105鋼在不同密度復(fù)合鹽中的腐蝕速率隨著密度的增加先降低再增加；隨著溫度的增加而增加。 添加緩蝕劑是抑制腐蝕的一種有效、經(jīng)濟(jì)的防護(hù)措施。60℃時緩蝕劑QA在復(fù)合鹽水鉆井基液中緩蝕劑濃度為200mg/L時對G105鋼緩蝕率為94％。QA對陰、陽極反應(yīng)都

5、有抑制，腐蝕電位負(fù)移，對陽極極化Tafel斜率影響較大，而陰極極化曲線Tafel斜率沒有發(fā)生明顯變化。 80℃四元和五元復(fù)配緩蝕劑對G105鋼在23.7％NACl溶液中緩蝕率都達(dá)到80％以上。四元緩蝕劑對陰、陽極極化Tafel斜率的改變都較大，尤其是陽極極化’Tafel斜率，復(fù)配緩蝕劑是以控制陽極反應(yīng)為主的混合型緩蝕劑。四元緩蝕劑在不同濃度時的作用類型發(fā)生改變。五元復(fù)配緩蝕劑主要是控制陽極反應(yīng)為主的混合型緩蝕劑，緩蝕率隨著緩蝕劑濃度的增

6、加而增加。 在中性溶液中QA、四元和五元緩蝕劑有較好的緩蝕性能，而抑制CO2腐蝕應(yīng)用最廣且效果較好的是咪唑啉類緩蝕劑。失重法和電化學(xué)方法表明自制兩種咪唑啉緩蝕劑(HSJ-1和HSJ-2)對管道鋼(Q235)在飽和CO2鹽水中都有優(yōu)異的緩蝕性能，緩蝕率都隨著溫度和緩蝕劑濃度增大而增大。在相同的緩蝕效果下，緩蝕劑HSJ-2的用量(摩爾濃度)更低。兩種緩蝕劑都使腐蝕電位變化不大，都對陰、陽極極化Tafel斜率的影響比較大。緩蝕劑HSJ

7、-2的緩蝕率稍好于HSJ-1，HSJ-2出現(xiàn)緩蝕劑脫附現(xiàn)象，298K和328K時兩種緩蝕劑作用方式是幾何覆蓋效應(yīng)。 緩蝕劑HSJ-1和HSJ-2在Q235鋼上的吸附符合Frumkin吸附等溫式。對于HSJ-1，F(xiàn)rumkin吸附等溫式(kc=(θ/1-θ)EXP(-fθ))中吸附平衡常數(shù)k值在20000左右，f值在2.4～2.8之間；而對于HSJ-2，采用matlab擬合得到k在46000和63000之間， f在2左右，采用最小

8、二乘法計算結(jié)果相差較大，k值在35000左右，f值在2.4～2.9。HSJ-2的吸附平衡常數(shù)(k)大于HSJ-1的吸附平衡常數(shù)，HSJ-2吸附反應(yīng)(Fe+HSJ(緩蝕劑)— Fe(HSJ)ads)比HSJ-1更傾向于向右移動，故HSJ-2的緩蝕效果稍好。緩蝕劑之間是相互吸引的。兩種緩蝕劑的吉布斯自由能(△Goads)均為負(fù)值。 分子動力學(xué)模擬表明兩種咪唑啉類緩蝕劑分子以咪唑啉環(huán)和雜原子與Fe表面發(fā)生相互作用，HSJ-1的烴基鏈與