新型咪唑啉緩蝕劑濃度檢測(cè)及其在Q235鋼表面膜生長(zhǎng)和衰減規(guī)律研究.pdf

1、油氣田開發(fā)過程中廣泛存在CO2，CO2溶入水后對(duì)鋼質(zhì)設(shè)備有極強(qiáng)的腐蝕性。目前，各油田最常用的防腐方法就是添加緩蝕劑，既經(jīng)濟(jì)有效又不影響油田的正常生產(chǎn)。咪唑啉類緩蝕劑有優(yōu)良的緩蝕性能，無特殊的刺激性氣味，熱穩(wěn)定性好，毒性低，在油田管線設(shè)備的防護(hù)實(shí)踐中被廣泛應(yīng)用。對(duì)咪唑啉緩蝕劑濃度的檢測(cè)及其在碳鋼表面膜生長(zhǎng)和衰減規(guī)律的研究可以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)加樣量和加樣時(shí)間、合理有效的使用和保存緩蝕劑，對(duì)緩蝕劑在油田現(xiàn)場(chǎng)的使用有重要意義。 針對(duì)油田現(xiàn)場(chǎng)高溫

2、高壓，CO2含量和Ca2+、Mg2+、SO42、Cl-等各種無機(jī)離子含量較高的腐蝕環(huán)境特點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)室合成了一種新型的咪唑啉緩蝕劑，并運(yùn)用紅外、紫外、核磁共振碳譜、質(zhì)譜等分析方法表征了其分子結(jié)構(gòu)。該緩蝕劑在支鏈上引入硫原子加強(qiáng)了咪唑啉在金屬表面的吸附，可以更加有效的減緩CO2對(duì)碳鋼的腐蝕。本文主要圍繞以下三個(gè)問題對(duì)其展開了研究： 用紫外分光光度法研究了咪唑啉隨溫度變化的水解規(guī)律，并提出了開環(huán)度的概念。研究發(fā)現(xiàn)：隨著溫度升高，咪唑啉

3、的水解速率增大，開環(huán)比例增加。85℃下，4h內(nèi)已有一半咪唑啉開環(huán)發(fā)生水解；25℃下水解則比較緩慢，且開始4h內(nèi)變化不大。在此基礎(chǔ)上研究了咪唑啉緩蝕劑最佳檢測(cè)波長(zhǎng)、檢測(cè)時(shí)間、檢測(cè)溫度以及其他因素等對(duì)濃度檢測(cè)的影響，研究表明，鹽溶液在高溫下也會(huì)有紫外吸收，對(duì)溶液測(cè)定造成干擾，冷卻至25℃后再測(cè)定可以排除這種干擾；其它物質(zhì)如有機(jī)復(fù)配劑，CO2，F(xiàn)e3+等對(duì)咪唑啉緩蝕劑紫外吸收影響不大。將取得的現(xiàn)場(chǎng)水樣冷卻至25℃后4h內(nèi)，分別測(cè)定其228nm

4、和205nm處吸光度值，利用自合成的咪唑啉和酰胺產(chǎn)品分別繪制的兩條標(biāo)準(zhǔn)曲線，可以計(jì)算得出咪唑啉緩蝕劑總濃度和開環(huán)程度，該檢測(cè)方法有良好的線性，準(zhǔn)確度較高，可以適用于復(fù)雜的油水相共存的環(huán)境。 用失重試驗(yàn)、交流阻抗和弱極化等方法研究了咪唑啉緩蝕劑在Q235鋼表面膜生長(zhǎng)和衰減規(guī)律。研究表明：85℃下，隨著緩蝕劑濃度的增加，緩蝕劑緩蝕性能并不是一直增加，而是有一個(gè)極值濃度，本文所用緩蝕劑為40mg.L-1。交流阻抗和弱極化方法研究表明，

5、40mg·L-1和60mg·L-1的緩蝕劑其成膜較快，24h即可成膜，且膜層有自動(dòng)修復(fù)功能，在電極浸泡初期，成膜較致密，在膜層出現(xiàn)傳質(zhì)過程受阻引起的Warburg阻抗，但其膜壽命較短，在120h時(shí)即出現(xiàn)較明顯衰減，而40mg·L-1的緩蝕劑在148h時(shí)仍保持一個(gè)良好的狀態(tài)。20mg·L-1的緩蝕劑其成膜較慢，在48h時(shí)達(dá)到頂峰，隨后逐漸衰減，自我修復(fù)表現(xiàn)不明顯。25℃下，Q235鋼在40mg·L-1的咪唑啉緩蝕劑中自腐蝕電流密度較85℃

6、下有所下降，電荷轉(zhuǎn)移電阻也有較大幅度的提高，成膜更加致密緊實(shí)。這說明一方面溫度的升高，會(huì)促進(jìn)腐蝕反應(yīng)的進(jìn)行；另一方面溫度升高，也使咪唑啉水解反應(yīng)更加嚴(yán)重，降低了其緩蝕效率；85℃下，40mg·L-1的未加入硫脲基的咪唑啉其成膜相對(duì)較慢，在48h達(dá)到最好狀態(tài)。在該條件下，Q235鋼在浸泡。72h-120h期間的交流阻抗譜圖低頻端出現(xiàn)一感抗弧，即此時(shí)體系中吸附在電極表面的緩蝕劑出現(xiàn)脫附現(xiàn)象，反過來說明由于硫脲基的引入，增強(qiáng)了咪唑啉環(huán)的吸附性

7、能。 用失重試驗(yàn)、交流阻抗和弱極化等方法研究了咪唑啉緩蝕劑的穩(wěn)定性。用交流阻抗研究了放置兩個(gè)月和在85℃下水解72h后40mg·L-1的咪唑啉在Q235鋼表面成膜性能，發(fā)現(xiàn)無論成膜壽命還是成膜強(qiáng)度都不如新鮮的咪唑啉緩蝕劑，其共同的原因就是水解后生成的酰胺其吸附性能比咪唑啉弱，影響了成膜性能，導(dǎo)致緩蝕率的下降；用紫外吸收分光光度法研究了失重試驗(yàn)過程中咪唑啉緩蝕劑紫外譜圖的變化，研究表明，不同濃度的緩蝕劑其開環(huán)速率和比例都是不一樣的

8、，咪唑啉緩蝕劑濃度越高，其開環(huán)比例越大，在48h時(shí)水解開環(huán)反應(yīng)已基本完成，因此造成不同濃度昧唑啉緩蝕劑在失重試驗(yàn)過程中摩爾吸光系數(shù)ελ=228nm和ελ=205nm的差異；用紫外吸收分光光度法研究了電化學(xué)試驗(yàn)過程中瞇唑啉緩蝕劑紫外譜圖的變化，研究表明，25℃下的咪唑啉緩蝕劑其水解傾向要遠(yuǎn)小于85℃，電化學(xué)試驗(yàn)過程中在λ=228nm和λ=205nm處的峰值不同于失重試驗(yàn)，不僅比較大而且一直呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，推測(cè)由于外加電流的引入，使得緩蝕劑發(fā)生