畢鳳琴 韓嘉平 李會星 趙紅梅 王 勇

(1.東北石油大學；2.大慶測試技術服務分公司檢測中心)

大慶油田已進入開采中后期，油田管道結垢和腐蝕問題變得越來越突出，解決結垢和腐蝕問題已迫在眉睫，添加緩蝕阻垢藥劑性價比高、針對性強，已成為目前各大油田比較可行且通用的方法[1，2]。目前通用的緩蝕阻垢劑多為液體型，由于隨流體流失較大，因此添加量較大，作用周期和效果也不夠理想，造成很大浪費，而固體緩蝕劑在緩慢溶解的過程中起到防腐和阻垢的作用，作用時間長，效果理想，經(jīng)濟性好，具有良好的性價比[3]。筆者針對大慶五廠地區(qū)水驅輸油管道腐蝕結垢現(xiàn)象和油田采出液的成分特點，以緩蝕劑、阻垢劑、分散劑和載體為組分，配制出新型固體緩釋型緩蝕阻垢劑，并對藥劑性能進行評價。

1 實驗

1.1實驗儀器和藥品

實驗儀器和藥品有：美國Gamry PCI4/7500電化學工作站，恒溫水浴鍋，復配試劑(表1)，大慶五廠杏-13計量間油田采出液(成分見表2)，20#鋼試樣以及實驗室基本儀器等。

表1 復配試劑

注：1——山東省泰和水處理有限公司；2——天津大茂化學試劑廠；3——山西三維集團公司。

表2 水驅管道采出液成分 mg/L

1.2緩蝕阻垢劑的制備

緩蝕阻垢劑復配由主劑(有機磷酸或磷酸鹽,一種或多種)、分散劑、特殊緩蝕或阻垢劑和載體組成。

藥劑復配方案：以一種或多種主劑分別和3種分散劑復配，制備至少32種緩蝕阻垢藥劑，確定性能較穩(wěn)定的緩蝕阻垢藥劑。緩蝕阻垢劑的復配試驗采用正交試驗法，按復配方案依次編號為CL01～CL32。

制備時先測試添加藥劑水質成分，根據(jù)水質成分，確定腐蝕和結垢性。有針對性選取藥劑成分，制備過程是在主劑中加入輔劑，加入聚丙烯醇后用恒溫水浴鍋加熱，充分分散、均勻混合后，通過粘合劑進行粘合沖模，加工成特定形狀，再經(jīng)過脫模干燥，即為成品。

1.3性能測試

采用石油天然氣總公司行業(yè)標準SY/5273-1991評定緩蝕性能，阻垢性能采用EDTA絡合滴定法測定[4]。

模擬現(xiàn)場工況，采用失重法對添加的定量緩蝕阻垢劑進行動態(tài)模擬檢測，根據(jù)單位時間溶解的質量確定緩釋速率。

2 結果與分析

2.1緩蝕性能分析

對20#管道鋼作電化學實驗，以油田采出液為介質，分別作空白和加注實驗，得到極化曲線和阻抗譜如圖1所示。

圖1 加注藥劑前后20#鋼極化曲線和阻抗譜

如圖1a所示，加注藥劑后自腐蝕電位上升，由于藥劑溶解抑制腐蝕能力逐漸加強，有利于阻礙腐蝕的發(fā)生。腐蝕電流為22μA，小于空白試驗的34μA，腐蝕電流變小，而極化電阻則增加到1.104kΩ，不利于腐蝕的發(fā)生。通過失重法測得腐蝕速率，空白和加藥后試樣的腐蝕速率分別為0.310mm/a和0.070mm/a，緩蝕效果明顯，加藥后試片的腐蝕速率低于0.076mm/a，達到了油田集輸管道的腐蝕標準。

電化學阻抗譜如圖1b所示，加藥后容抗增大，耐腐蝕能力提高。經(jīng)過Zview軟件擬合后，加藥后溶液電阻基本沒有變化，說明加入藥劑之后對溶液的導電性沒有影響，對其腐蝕性影響較小。20#鋼膜層電阻和電荷傳遞電阻明顯上升，耐腐蝕能力增強。

由于緩蝕主劑為有機磷酸，其結構中的P、O等原子能向金屬原子提供孤對電子，在金屬表面吸附成膜，抑制腐蝕電化學過程的發(fā)生，從而起到緩蝕作用。同時有機磷酸鹽等的O、P原子均含有未成鍵電子對，可進入金屬結構的空軌道形成配位體，在金屬表面形成緩蝕劑分子的吸附層，抑制金屬的腐蝕。

2.2阻垢性能分析

在采出液中加入緩蝕阻垢劑，每天采樣，持續(xù)15天，分別對采出液樣品做滴定實驗，得到阻垢率如圖2所示。阻垢作用主要由膦酸鹽與共聚物阻垢劑復配而成,前者具有強螯合作用，與Ca2+、Mg2+等金屬離子螯合生成易溶于水的螯合物,阻止垢的形成；后者為水溶性聚電解質，電荷密度高，產(chǎn)生離子間的斥力或空間位阻，阻止成垢晶核微粒相互接觸，使垢不能聚結長大。此外，阻垢劑還可吸附在剛析出的晶核上，破壞和干擾晶核的正常生長，起到阻垢作用[5，6]。

圖2 阻垢率隨時間變化曲線

由圖2可知，在加入緩蝕阻垢劑的前幾天里，阻垢率分別為81%和83%，這說明藥劑有效成分尚未完全發(fā)揮阻垢性能；在第四五天時藥劑有效成分完全發(fā)揮作用，阻垢率也逐漸升高，可達到90%；在接下來的時間內阻垢率趨于穩(wěn)定，在91%左右，波動不大，表明本產(chǎn)品的阻垢性能良好且穩(wěn)定。

2.3最佳用量確定

針對采出液水質設計5組加注用量實驗，加注量分別為5、10、15、20、25mg/L，進行電化學實驗，測試結果如圖3所示。

圖3 不同用量時極化曲線和阻抗譜

由圖3a可知，當加注量為10mg/L時，腐蝕電流較小，為7.5μA；自腐蝕電位較高，采出液極化電阻變大，不利于腐蝕的發(fā)生。當加注量為10mg/L時，20#鋼在采出液中的腐蝕速率為0.069mm/a，低于國家管道腐蝕標準。由圖3b可知，當加注量為10mg/L和15mg/L時，溶液的容抗較大，耐腐蝕性較好，綜合實驗和經(jīng)濟性，選擇加注量為10mg/L。

2.4緩釋性能分析

為了保證藥劑的效果在采出液中持續(xù)作用，可以通過失重法對加入到采出液中定量的藥劑進行檢測，測得緩釋速率，從而確定加藥周期。固體緩蝕阻垢劑的粘合劑為聚乙烯醇，其綜合性能良好，能有效固化緩蝕阻垢劑而不影響其緩蝕阻垢性能。由圖4可知，固體藥劑溶解和時間呈線性關系，約每10天溶解8%，由此確定加注周期約為3個月。根據(jù)采出液質量和加注藥劑量計算，采出液中藥劑含量在10～15mg/L之間，滿足最佳加注用量要求。

圖4 剩余質量百分數(shù)隨取樣時間變化曲線

3 結論

3.1加注藥劑后，自腐蝕電位上升，腐蝕電流下降，極化電阻升高，腐蝕速率為0.070mm/a，研制固體緩蝕阻垢藥劑緩蝕性能良好。

3.2在加注后4～5天藥劑可達到理想阻垢效果，阻垢率可達90%；在加注15天內阻垢率波動不大，穩(wěn)定在91%左右，阻垢效果穩(wěn)定。

3.3聚乙烯醇為粘合劑緩釋性能良好，緩釋速率大約為每10天8%，確定加注周期約為3個月。

3.4固體緩釋型緩蝕阻垢劑加注用量為10mg/L時，緩蝕性能良好，可用作大慶油田五廠地區(qū)水驅管道的專用緩蝕阻垢劑。

[1] 杜春安,趙修太,邱廣敏.緩釋型固體緩蝕阻垢劑的研制與應用[J].石油與天然氣化工,2005,34(2):128～131.

[2] 汪雙喜,謝小聰.油田結垢的防治方法[J].清洗世界,2010,26(12):8～10.

[3] 張銀.油田緩蝕阻垢劑篩選及復配室內研究[J].全面腐蝕控制,2008,22(3):15～17.

[4] 上海化工廠.復合緩蝕阻垢劑的水質中穩(wěn)定中試研究[J].化肥工業(yè)，1978，(1)：42～47

[5] 王兵,李長俊.管道結垢原因及常用分析方法[J].油氣儲運,2008,27(2):59～61.

[6] 王晏山,張洪林.緩蝕阻垢劑的篩選及工業(yè)應用[J].全面腐蝕控制,2005,19(4):22～27.