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        油氣田用緩蝕劑油水分配性測(cè)試方法對(duì)比

        2019-11-25 07:40:54
        全面腐蝕控制 2019年10期
        關(guān)鍵詞:分配比例油相水相

        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(xiàn),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(xiàn),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(chēng)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(chēng)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(xiàn)材質(zhì)牌號(hào)一致的管線(xiàn)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。

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