油氣田用緩蝕劑油水分配性測(cè)試方法對(duì)比

柳 鵬

（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057）

0 引言

緩蝕劑因其良好的緩蝕性能、與環(huán)境兼容性好、經(jīng)濟(jì)性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于油氣田設(shè)施設(shè)備的腐蝕防護(hù)實(shí)踐工作中[1-4]。一般，常規(guī)評(píng)價(jià)緩蝕劑的方法為：采用模擬溶液，向溶液中加注與現(xiàn)場(chǎng)使用濃度一致的緩蝕劑，利用電化學(xué)方法或模擬實(shí)驗(yàn)的方法，進(jìn)行腐蝕速率和緩蝕效率的測(cè)定[5-7]。但因腐蝕的發(fā)生與水相有關(guān)，而當(dāng)緩蝕劑應(yīng)用至混輸管道時(shí)，那么水相中的緩蝕劑有效濃度對(duì)于油田現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用至關(guān)重要[8-10]。若能在緩蝕劑投加前了解緩蝕劑在水相中的分配比例；一方面能夠掌握緩蝕劑應(yīng)用中的緩蝕效果，提高有效性；另一方面能夠分配緩蝕劑應(yīng)用劑量，改善經(jīng)濟(jì)性。

本文使用的是市售緩蝕劑TS-719，無(wú)乳化傾向，油田現(xiàn)場(chǎng)使用濃度為40ppm。采用標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)兩種方法計(jì)算其在水相中的分配比例，同時(shí)結(jié)合反應(yīng)釜的模擬實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，當(dāng)考慮了緩蝕劑在水相中的分配比例時(shí)，可以有效掌握緩蝕劑的實(shí)際效果并控制緩蝕劑的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 油水分配性

1.1.1 標(biāo)準(zhǔn)方法

根據(jù)ASTM G170-06（2012）[11]推薦的方法，將一定濃度的緩蝕劑加注到按比例配置的油水混合物（或水相）中，利用分液裝置獲取混合物中的水相，然后采用電化學(xué)方法測(cè)試其極化曲線，通過(guò)計(jì)算自腐蝕電流密度分析緩蝕劑的油水分配性。具體實(shí)驗(yàn)方案如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)時(shí)，將油相、水相按比例混合均勻制成油水混合物，向其中加入一定濃度的緩蝕劑，并再次攪拌均勻，作為試驗(yàn)組；將溶液靜置24h后，取出水相，進(jìn)行電化學(xué)實(shí)驗(yàn)，測(cè)試其極化曲線，計(jì)算自腐蝕電流密度。同時(shí)，做空白組、空白對(duì)照組、試驗(yàn)對(duì)照組。本次實(shí)驗(yàn)中緩蝕劑的使用濃度為40ppm，采用的油相為市售93#柴油，采用的水相為含35%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaCl的模擬溶液，油水質(zhì)量比為1:1。具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

1.1.2 非標(biāo)準(zhǔn)方法

采用稱重法，首先向分液漏斗中先加入50g水相，然后加入50g油相，最后加入5g緩蝕劑，蓋上瓶塞，搖動(dòng)，使其混合均勻。靜置10min后，觀察緩蝕劑在油相中的分散情況；然后分離出下層含緩蝕劑水溶液和上層含緩蝕劑油溶液，分別稱重，計(jì)算緩蝕劑在油相和水相中的質(zhì)量，分析緩蝕劑的油水分配性。本次實(shí)驗(yàn)中采用的油相為市售93#柴油，采用的水相為含35%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）NaCl的模擬溶液。

1.2 模擬實(shí)驗(yàn)

根據(jù)SY/T 5273-2014[12]、ASTM G170-06（2012）[11]，采用高溫高壓釜模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工況，進(jìn)行腐蝕模擬實(shí)驗(yàn)和緩蝕劑評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。動(dòng)態(tài)高溫高壓釜失重測(cè)試設(shè)備如圖2所示。高溫高壓腐蝕模擬測(cè)試實(shí)驗(yàn)以與待評(píng)價(jià)管線材質(zhì)牌號(hào)一致的管線鋼為原料進(jìn)行試樣加工，試樣規(guī)格（長(zhǎng)×寬×高=A×B×C）為：50×13×3mm，孔徑φ=6.1mm，開(kāi)孔位置距短邊D=6mm，試樣表面粗糙度為0.8 u。

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

圖2 高溫高壓腐蝕失重測(cè)試設(shè)備

試樣均勻腐蝕速率的計(jì)算見(jiàn)式（1），緩蝕劑的均勻緩蝕率的計(jì)算見(jiàn)式（2）所示。

式中：Vcorr為均勻腐蝕速率，mm/a；m為實(shí)驗(yàn)前的試片質(zhì)量，g；mt為實(shí)驗(yàn)后的試片質(zhì)量，g；S1為試片的總面積，cm2；ρ為試樣材質(zhì)的密度，g/cm3；t為實(shí)驗(yàn)時(shí)間，h；η1為緩蝕劑的緩蝕率，%；Δm0為空白實(shí)驗(yàn)中的試片質(zhì)量損失，g；Δm1為加藥實(shí)驗(yàn)中的試片質(zhì)量損失，g。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 油水分配性

當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)方法時(shí)，緩蝕劑油水分配性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。對(duì)比空白組與空白對(duì)照組結(jié)果可知，實(shí)驗(yàn)中采用的油相并無(wú)緩蝕作用；對(duì)比空白組與試驗(yàn)組的自腐蝕電流密度可知，緩蝕效率達(dá)到68%；對(duì)比空白對(duì)照組與試驗(yàn)對(duì)照組的自腐蝕電流密度可知，緩蝕效率達(dá)到92%；計(jì)算可知：緩蝕劑在水相中的分配比例為74%。

當(dāng)采用非標(biāo)準(zhǔn)方法時(shí)，緩蝕劑油水分配性實(shí)驗(yàn)過(guò)程如圖3所示。從圖3中可以看出，油水分層界面清晰且沒(méi)有乳化現(xiàn)象；經(jīng)測(cè)量，分散于水中的緩蝕劑質(zhì)量為3.5g，分散于油中的緩蝕劑質(zhì)量為1.5g；計(jì)算得知，緩蝕劑TS-719在水中的分配比例為70%。

圖3 緩蝕劑油水分配性實(shí)驗(yàn)過(guò)程（非標(biāo)準(zhǔn)方法）

2.2 模擬實(shí)驗(yàn)

室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)參數(shù)與測(cè)試結(jié)果如表3所示。由室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)可知：采用未加注緩蝕劑的空白模擬溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，腐蝕速率為0.1760mm/a，表明現(xiàn)場(chǎng)2 49 1.98 0.16 15.54 307.77 2.73E-03 53.98 28 0.0307 82.58%3 49 1.98 0.16 15.54 307.77 2.73E-03 53.98 40 0.0202 88.5%生產(chǎn)介質(zhì)的腐蝕性較強(qiáng)；加注40pppm緩蝕劑后，腐蝕速率降低至0.0202mm/a，小于0.076mm/a，且緩蝕效率達(dá)到88.5%；當(dāng)考慮緩蝕劑的油水分配性后（緩蝕劑在水相中的分配比為70%），僅加注28ppm緩蝕劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，腐蝕速率升高至0.0307mm/a，緩蝕效率降至82.5%；與加注45ppm緩蝕劑的同等情況下相比，緩蝕效率降低了7%。通過(guò)觀察可知，酸洗前表面呈黑褐色，酸洗后試樣表面平整、光滑，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)局部腐蝕和點(diǎn)蝕產(chǎn)生。當(dāng)在放大200倍條件下對(duì)實(shí)驗(yàn)后試樣表面進(jìn)行三維景深觀察時(shí)可見(jiàn)，試樣腐蝕形態(tài)均以均勻腐蝕為主，無(wú)點(diǎn)蝕產(chǎn)生。

表2 緩蝕劑油水分配性實(shí)驗(yàn)結(jié)果（標(biāo)準(zhǔn)方法）

表3 室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)參數(shù)與測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)可知：市售緩蝕劑TS-719在水相中的分配比例約為70%；標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)兩種方法測(cè)得的緩蝕劑油水分配性的結(jié)果趨勢(shì)一致；在緩蝕劑評(píng)價(jià)中應(yīng)考慮緩蝕劑油水分配性對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的影響，在保證緩蝕劑有效性的前提下提高緩蝕劑使用的經(jīng)濟(jì)性。