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石油生产中腐蚀的原因和缓蚀剂的应用

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石油生产中腐蚀的原因和缓蚀剂的应用

发布日期:2019-06-24 作者: 点击:


在石油工业中防腐蚀是一个非常重要的课题,腐蚀是制约石油工业发展的一个重要因素,因此,腐蚀防护技术的研究和应用具有重大的意义。本文综述了石油生产中易被腐蚀环节产生腐蚀的原因以及影响腐蚀的因素,概述了缓蚀剂作为重要的防腐蚀技术在石油生产中的应用现状,展望了缓蚀剂的发展趋势。


防腐工程


1 原油生产中的腐蚀

钻井系统中的腐蚀

钻井过程中的腐蚀介质主要是来自地层流体的硫化氢和二氧化碳,还有钻井液中的微生物对硫酸盐作用所生成的硫化氢,以及溶解在钻井液中的氧。这些腐蚀介质的存在使得钻井过程中使用的设备极易发生电化学腐蚀。

采油及集输系统中的腐蚀

油井腐蚀:油井腐蚀是指采出液和伴生气中含有的二氧化碳、硫化氢和采出水等有害成分造成的油水井油管、套管和井下工具的腐蚀。

集输系统的腐蚀: 当集输管线中运输的原油中含有较多的水且水中含有氧气、二氧化碳或硫酸盐还原菌时会在集输管线内部产生严重的电化学腐蚀

2原油生产中常见的腐蚀类型

电化学腐蚀

金属的不同部位所接触电解液的种类、浓度、温度、流速等存在差别,会在金属表面会出现阴极区和阳极区,阴极和阳极通过金属本身互相闭合而形成腐蚀电池。

硫化氢腐蚀

油田采出水中的H2S,一部分来自于油层及伴生气中,另一部分是原油和水中的含硫物质通过微生物的作用转化而来的。当油田水中既有溶解的硫化氢又有溶解氧时,腐蚀会更加的严重。

二氧化碳腐蚀

二氧化碳作为油田采出液中的伴生气溶于水形成碳酸,使溶液中存在氢离子pH显酸性性,发生电化学腐蚀。

Fe2+ +CO32- →FeCO3

Fe2+ +2HCO3- →Fe(HCO3)2

Fe(HCO3)2 →FeCO3+CO2+H2O

溶解氧腐蚀

氧腐蚀是常见的腐蚀,只要有空气和水存在就会发生这种腐蚀。

8H2O→8OH-+8H+

4Fe→4Fe2+ +8e-

8H++e-→8H吸附

Fe2+ +8H2O→4Fe(OH)2+8H吸附

盐类腐蚀

Ca2+、Mg2+ 离子会增大油田采出水的矿化度,使局部腐蚀更为严重。

微生物腐蚀

油田生产系统中存在着各种各样的微生物群体,它们对油田设备和管线腐蚀造成的损失是非常巨大的。

3缓蚀剂在原油生产腐蚀防护中的应用

缓蚀剂是“一种以适当的浓度和形式存在于环境(介质)中时,可以防止或减缓材料腐蚀的化学物质或几种化学物质的混合”。添加缓蚀剂是一简单、价廉、适用性强的防腐蚀手段。这种方法以其操作方便、效果显著而被许多石油生产装置广泛采用。

咪唑啉类缓蚀剂的应用

咪唑啉一般由三部分组成:含氮的五元杂环,杂环上与氮成键的支链(酰胺官能团、胺基官能团、羟基等)和长的碳氢支链(一般为烷基)。

有机磷酸类缓蚀剂的应用

有机磷酸分子中含有磷酰基,可以和钙、镁、铝、铁、钢和锌等金属离子作用生成难溶的配合物覆盖于金属表面,起到防腐蚀的效果。

杂环型缓蚀剂的应用

杂环型缓蚀剂含有O、N、S、P等原子,具有多个活性吸附中心,对碳钢、铜、铝合金等多种金属都具有较强的吸附作用并能在金属表面形成稳定的螯合物。在分子内或分子间可形成氢键使吸附层增厚,防腐蚀效果更好。

三唑类缓蚀剂的应用

三唑类缓蚀剂的分子中含有三个氮原子的三唑环、氨基、疏水基、芳香环基和吡啶基等不同活性吸附基团,这些基团都能够在金属的表面发生中心吸附,从而增大了缓蚀剂的覆盖面。

季铵盐类缓蚀剂的应用

在高温条件下采用高浓度盐酸酸化作业时腐蚀问题非常严重。季铵盐是高温酸化缓蚀剂的重要组分。季铵盐阳离子具有较大的表面活性,能在金属表面形成致密、完整的覆盖膜,这类缓蚀剂已广泛应用于油气井的防护。

炔醇类缓蚀剂的应用

炔基化合物的三键中的键与金属有较强的结合力使得三键易断裂,然后发生聚合,产生多层聚合膜。长链含氮化合物具有良好的屏蔽作用,所以将炔基化合物和长链含氮化合物配合使用缓蚀效果更佳。

席夫碱类缓蚀剂的应用

席夫碱是指含有RC=N的一类易于合成的有机化合物,分子中含有的RC=N基团易与金属形成配合物。

4石油工业缓蚀剂研究的趋势

(1)开展炼油厂工艺缓蚀剂研究,以及高温(200℃以上)酸化缓蚀剂的研究。在高温高浓酸条件下,各种缓蚀剂之间的复配可大大提高防腐蚀的效果。

(2)油气井中设备的局部腐蚀(点蚀、垢下腐蚀、应力腐蚀)非常严重,局部腐蚀是造成生产设备失效的主要原因,然而针对于防止局部腐蚀的缓蚀剂研究还不多。应对于均匀腐蚀和局部腐蚀分别进行有针对性的缓蚀剂研究。

(3)利用现代先进的分析测试仪器和计算机,从分子和原子水平研究缓蚀剂分子在金属表面上的行为及作用机理、缓蚀剂之间协同作用机理,指导缓蚀剂研究和应用开发。

(4)当前我国新开发油井多为深井和超深井,井下环境恶劣,井底温度高压力大,使一些物质处于超临界状态,其性质会发生变化,例如在超临界状态下二氧化碳流体既具有与气体相当的低粘度和高扩散系数,又具有与液体相近的密度和溶解能力。这种现象会使腐蚀行为更加复杂,对井下油套管的损坏很严重[8]。应专门研制与超临界流体腐蚀相适应的缓蚀剂。

(5)由于地质因素和开采期的不同使得油气田现场工矿条件不断变化,普通的缓蚀剂对于腐蚀中出现的复杂情况防护效果并不好,所以缓蚀剂的研究应该着重于复配型的缓蚀剂。

(6)由于新开发油井的含硫量增大以及CO2驱油技术在油井的应用, 油井采出水中的H2S和CO2等溶解性气体含量大大增加,因此研究针对H2S和CO2等酸性气体的缓蚀剂具有重要意义。


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关键词:防腐工程

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