王妍瓊 潘謙宏 沈燕鴻 王偉波 李雅俐(西安長慶化工集團有限公司, 陜西 西安 710018)

0 引言

油氣田生產過程中，含有CO2、H2S的鹵水伴隨著天然氣產出，對油氣井設備如油管、套管、輸氣管線等材質產生很大的腐蝕，對整個氣田的正常生產造成嚴重的影響。CO2引起鋼鐵迅速的全面腐蝕和嚴重的局部腐蝕，使得管道和設備發(fā)生早期腐蝕失效，并造成嚴重的后果。另外，CO2在天然氣-凝析液井中可引起深坑型腐蝕、苔蘚狀腐蝕和沖蝕。目前采用氣井緩蝕劑是一種有效又經濟的方法。在針對目前國內在緩蝕劑方面主要是以咪唑啉、 醛、酮、酰胺等類別的基礎上，綜合分析氣田中既有CO2、又有H2S 的腐蝕介質，同時伴有脫出水及無機鹽腐蝕介質，確定了最終確定出了對氣—液環(huán)境中的腐蝕介質含量下效果良好的緩蝕劑配方和合成工藝。

1 主劑的結構設計

我國應用的油氣井緩蝕劑主要有醛類、酰胺類、咪唑啉類、吡啶類、頁氮類等。而高溫、高含CO2油氣井緩蝕劑既要能耐CO2類酸性介質的腐蝕，又要能耐90℃以上的高溫。耐高溫必須要有很強的吸附能力。一般認為，咪唑啉類化合物對碳鋼、銅、鋁等有優(yōu)良的緩蝕性能，咪唑啉學名間二氮雜環(huán)戊烯，分子結構中有氨基，可以吸收酸性的CO2、H2S的氣體，起到一定的緩蝕作用。因此確定了室內進行咪唑啉緩蝕劑結構設計研究。

2 主劑的合成

采用不同結構、不同克分子比的脂肪酸(環(huán)烷酸、苯甲酸等)與不同的胺類(二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、多乙烯多胺、β-羥乙基乙二胺等)加熱縮合、環(huán)化生成不同結構類型的咪唑啉。

3 合成步驟

第一段合成：咪唑啉合成

首先，連接好實驗裝置，按照配方分別準確稱取有機酸、有機溶劑和多乙烯多胺；由圓底燒瓶的加料口先加入依次加入各物料，開啟電熱套，以每分鐘2.5～3 ℃勻速地加熱，并啟動攪拌裝置，勻速攪拌，開啟循環(huán)水，進行冷凝循環(huán)，當溫度為230-240℃，證明第一階段的咪唑啉合成反應完成。

第二段合成：咪唑啉季銨化

第一步完成后，停止加熱，逐步降低溫度，使其控制在150～160℃，進行生成物的季銨化反應2h。至此，咪唑啉季銨化反應完成。

第三段改性：油溶性改性

由于經過了縮合和季銨化的反應，生成的咪唑啉呈粘稠狀物質，并且為油溶性，在水相中分散性差，很難擴散到金屬表面，因此，室內進行咪唑啉的油溶性改性。通過加料口向第二步反應完成后的生成物中加入分散性好的溶劑，然后攪拌反應。待生成物呈均相后，反應結束。

4 合成反應影響因素

4.1 合成配比

室內進行了有機酸A與有機胺類B與有機芐化物C幾種不同的摩爾比，根據(jù)幾組合成結果確定A∶ B∶C=1∶1.20∶0.18為最佳配比。

4.2 合成溫度與時間

有機合成中溫度和時間是影響合成反應的兩大關鍵因素，由大量室內對合成過程中初餾點控制，咪唑啉的合成過程中反應溫度和時間控制可知，最理想的初餾點合成溫度為158-162℃，之后在5小時的合成中溫度不能超過240℃。在2小時季銨化合成中溫度不超過160℃。

5 合成成品緩蝕性能

5.1 性能評價方法

目前油氣井緩蝕劑沒有行業(yè)評價標準，同時，由于目前各油田氣井中的腐蝕介質含量不同，另外，及使同一油田的不同采氣廠含有CO2、H2S的腐蝕介質也存在著差異，因此，室內參照現(xiàn)場腐蝕介質含量，確定評價介質。

5.2 腐蝕介質的制備

(1)腐蝕介質制備原理

由于目前H2S的安全性要求，采用室內理論計算反應生成腐蝕性H2S和CO2的方式制備，制備原理如下：

將制備的腐蝕氣體通入腐蝕反應瓶中，瓶內裝入飽和NaCl溶液占據(jù)1/2空間，腐蝕性氣體一部分溶解于溶液中，一部分占據(jù)空余空間，形成氣液雙相腐蝕體系。

(2)腐蝕裝置圖示

(3) 緩蝕性能評價結果分析

室內進行了合成樣品評價試驗，選取了合成樣品和復配的工業(yè)樣品、室內設計了實驗方案，進行氣—液緩蝕劑評價，現(xiàn)摘錄部分實驗數(shù)據(jù)進行對比，結果如下：

圖1 充裝腐蝕液的示意圖

表3 -2 天然氣緩蝕劑室內對比評價結果1

目前室內合成的天然氣緩蝕劑在腐蝕介質：NaCl:50g/L,CO2:400mg/ L,H2S:100mg/ L的環(huán)境中評價，液相緩蝕率大于90%，氣相緩蝕率偏低。

6 結論

6.1 合成參數(shù)

(1)合成配比(摩爾比)：A∶B∶C=1∶1.20∶0.18

(2)合成條件：第一階段合成溫度： 158～162℃，合成時間：40min ；第二階段合成溫度：162～240℃，合成時間：4h。第三段改性：油溶性改性1 h。

6.2 合成產品性能

合成產品為黃色或黃褐色透明液體，pH值8.0～8.5，凝點小于-30℃，密度0.900～0.950g/cm3,不溶于水，可溶于醇類溶劑和煤油，在腐蝕介質為：NaCl:50g/L, CO2:3600mg/L,H2S:360mg/L的條件下，濃度50mg/L， 72h在80℃下液相緩蝕率大于90%。

[1]陸柱,鄭士忠,錢滇子,許學文.油田水處理技術[M].石油工業(yè)出版社,1990.3 :P112-119.

[2]國內外油氣井抗CO2腐蝕緩蝕劑的研究進展[M].