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        油氣田用緩蝕劑油水分配性測試方法對比

        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)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,被廣泛應(yīng)用于油氣田設(shè)施設(shè)備的腐蝕防護(hù)實踐工作中[1-4]。一般,常規(guī)評價緩蝕劑的方法為:采用模擬溶液,向溶液中加注與現(xiàn)場使用濃度一致的緩蝕劑,利用電化學(xué)方法或模擬實驗的方法,進(jìn)行腐蝕速率和緩蝕效率的測定[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,那么水相中的緩蝕劑有效濃度對于油田現(xiàn)場應(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,無乳化傾向,油田現(xiàn)場使用濃度為40ppm。采用標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)兩種方法計算其在水相中的分配比例,同時結(jié)合反應(yīng)釜的模擬實驗說明,當(dāng)考慮了緩蝕劑在水相中的分配比例時,可以有效掌握緩蝕劑的實際效果并控制緩蝕劑的現(xiàn)場應(yīng)用。

        1 實驗方法

        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)方法測試其極化曲線,通過計算自腐蝕電流密度分析緩蝕劑的油水分配性。具體實驗方案如圖1所示。

        圖1 實驗方案

        實驗時,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,作為試驗組;將溶液靜置24h后,取出水相,進(jìn)行電化學(xué)實驗,測試其極化曲線,計算自腐蝕電流密度。同時,做空白組、空白對照組、試驗對照組。本次實驗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。具體實驗參數(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,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。本次實驗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 模擬實驗

        根據(jù)SY/T 5273-2014[12]、ASTM G170-06(2012)[11],采用高溫高壓釜模擬現(xiàn)場實際工況,進(jìn)行腐蝕模擬實驗和緩蝕劑評價實驗。動態(tài)高溫高壓釜失重測試設(shè)備如圖2所示。高溫高壓腐蝕模擬測試實驗以與待評價管線材質(zhì)牌號一致的管線鋼為原料進(jìn)行試樣加工,試樣規(guī)格(長×寬×高=A×B×C)為:50×13×3mm,孔徑φ=6.1mm,開孔位置距短邊D=6mm,試樣表面粗糙度為0.8 u。

        表1 實驗參數(shù)

        圖2 高溫高壓腐蝕失重測試設(shè)備

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

        式中:Vcorr為均勻腐蝕速率,mm/a;m為實驗前的試片質(zhì)量,g;mt為實驗后的試片質(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為實驗時間,h;η1為緩蝕劑的緩蝕率,%;Δm0為空白實驗中的試片質(zhì)量損失,g;Δm1為加藥實驗中的試片質(zhì)量損失,g。

        2 實驗結(jié)果及分析

        2.1 油水分配性

        當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)方法時,緩蝕劑油水分配性實驗結(jié)果如表2所示。對比空白組與空白對照組結(jié)果可知,實驗中采用的油相并無緩蝕作用;對比空白組與試驗組的自腐蝕電流密度可知,緩蝕效率達(dá)到68%;對比空白對照組與試驗對照組的自腐蝕電流密度可知,緩蝕效率達(dá)到92%;計算可知: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,緩蝕劑油水分配性實驗過程如圖3所示。從圖3中可以看出,油水分層界面清晰且沒有乳化現(xiàn)象;經(jīng)測量,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驗過程(非標(biāo)準(zhǔn)方法)

        2.2 模擬實驗

        室內(nèi)模擬實驗參數(shù)與測試結(jié)果如表3所示。由室內(nèi)模擬實驗可知:采用未加注緩蝕劑的空白模擬溶液進(jìn)行實驗時,腐蝕速率為0.1760mm/a,表明現(xiàn)場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;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)行實驗時,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,沒有發(fā)現(xiàn)局部腐蝕和點蝕產(chǎn)生。當(dāng)在放大200倍條件下對實驗后試樣表面進(jìn)行三維景深觀察時可見,試樣腐蝕形態(tài)均以均勻腐蝕為主,無點蝕產(chǎn)生。

        表2 緩蝕劑油水分配性實驗結(jié)果(標(biāo)準(zhǔn)方法)

        表3 室內(nèi)模擬實驗參數(shù)與測試結(jié)果

        3 結(jié)論

        通過上述實驗可知: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)兩種方法測得的緩蝕劑油水分配性的結(jié)果趨勢一致;在緩蝕劑評價中應(yīng)考慮緩蝕劑油水分配性對現(xiàn)場應(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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