咪唑啉油酰胺的合成及在油氣井產(chǎn)出液中的緩蝕性能

1、咪唑啉油酰胺的合成及在油氣井產(chǎn)出液中的緩蝕性能1 第21卷第3期 2004年9月25日 油田化學(xué)Vol.21No.325Sept,2004 文章編號:100024092(2004)0320230204 咪唑啉油酰胺的合成 及在油氣井產(chǎn)出液中的緩蝕性能 黃金營1,魏慧芳2,張利2,鄭家1 (1.華中科技大學(xué)化學(xué)系,湖北武漢430074;2.中國石化中原油田分公司采油二廠,河南范縣457532) 摘要:由油酸和二乙烯三胺合成了咪唑啉酰胺YIM并用紅外光譜表征了化學(xué)結(jié)構(gòu)。失重法測試結(jié)果表明,溫度 60、加劑量50mg/L時,在礦化度1.24105mg/L的中原文東油田采出水中,YIM對、N80、J5

2、5鋼試片的 緩蝕率分別為81.7%、75.6%和74.6%;緩蝕率隨CO2分壓增大(0.20MPa)Q235鋼為最大,J55鋼次之,N80鋼最小。根據(jù)極化曲線測試數(shù)據(jù),腐蝕電流減小,腐蝕反應(yīng)的陽極極化率增大;,在70下YIMYIM對金屬表面介電性質(zhì)的影響。SEM觀測證實YIM5表5參6。關(guān)鍵詞:;緩蝕劑;制備;油田采出水;緩蝕性能中圖分類號:TE39:TE983:O626.23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 中原油田許多區(qū)塊的油氣井油、套管腐蝕穿孔和泄漏現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。實踐表明,投加緩蝕劑是解決油氣井腐蝕的切實而有效的方法之一。國內(nèi)外對油氣井緩蝕劑的研究開發(fā)已有較大進(jìn)展,合成或復(fù)配出一些較好的緩蝕劑。但種類少

3、、緩蝕效率低、藥劑價格高等情況仍是制約緩蝕劑有效使用的主要問題1。 咪唑啉型緩蝕劑是一類防腐效果很好的吸附型緩蝕劑。本工作結(jié)合中原油田現(xiàn)場相關(guān)防腐課題,合成了一種咪唑啉酰胺類化合物即緩蝕劑YIM并進(jìn)行了紅外光譜表征,用腐蝕失重、動電位掃描極化曲線、交流阻抗和掃描電子顯微鏡等方法對其緩蝕性能進(jìn)行了測試,得出該緩蝕劑在油氣井產(chǎn)出液中的緩蝕規(guī)律, 為該緩蝕劑在現(xiàn)場的實際應(yīng)用提供了必要的理論數(shù)據(jù)。 1.1合成原理及步驟 咪唑啉油酰胺YIM的生成反應(yīng)如下: 將油酸和多胺以一定的摩爾比混合,在常溫下攪拌反應(yīng)數(shù)小時,再于240左右攪拌反應(yīng)得到中間產(chǎn)物,以一定濃度的氫氧化鈉溶液催化反應(yīng),過濾提純即得到成鹽的咪

4、唑啉油酰胺化合物YIM。 1.2實驗介質(zhì) 1實驗部分 腐蝕實驗介質(zhì)為中原文東油田油氣井產(chǎn)出水, 礦化度1.24105mg/L,礦化離子組成列于表1。 在進(jìn)行腐蝕失重、電化學(xué)測試和微觀測試前,先在實驗介質(zhì)中通入高純N2除氧12小時以上,然后 收稿日期:2003211214;修改日期:2004203220;2004209216。 作者簡介:黃金營(1972-),男,華中科技大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)士(1995)、碩士(2002)、材料學(xué)專業(yè)在讀博士研究生(2002-),主要從事 電化學(xué)腐蝕、緩蝕殺菌劑和工業(yè)水處理等方面的研究,電話E2mail:endlessai。鄭家(194

5、0-),男,教授,博士生導(dǎo)師,本文通訊聯(lián)系人,通訊地址:430074湖北武漢華中科技大學(xué)化學(xué)系應(yīng)用化學(xué)教研室。 第21卷第3期黃金營,魏慧芳,張利等:咪唑啉油酰胺的合成及在油氣井產(chǎn)出液中的緩蝕性能231 通入CO2至飽和。 表1實驗用油田產(chǎn)出水的組成 離子 Na+K+ Ca2+Mg2+ 征吸收峰。IR譜圖說明所合成的產(chǎn)物同時含有咪唑啉環(huán)和酰胺基 。 質(zhì)量濃度 /mgL-175034727180124066 質(zhì)量濃度 /mgL -1 離子 Cl-SO24HCO3- 411906075589 礦化度 1.3腐蝕失重測定 將處理好的不同材質(zhì)(Q235、N80及J55鋼)試 ),24小時后取出,清除片

6、全浸于實驗介質(zhì)中(60 腐蝕產(chǎn)物,經(jīng)蒸餾水和丙酮清洗后干燥至質(zhì)量恒定,精確稱量并計算緩蝕劑的緩蝕效率。1.4動電位掃描極化曲線測定 2.采用傳統(tǒng)的三電極體系,將工作電極用金相砂紙逐級打磨至鏡面光亮,洗。,后在AUTEST線測試,電位掃描速度0.5mV/s,由-300mV向正電位方向掃描。1.5交流阻抗測試 YIM不同濃度Q235鋼、N80鋼及J55 鋼的緩蝕性能。實驗條件為:常壓,溫度60,掛片周期24h。YIM對3種鋼材試片腐蝕的影響見表2。隨緩蝕劑YIM濃度加大,3種鋼的腐蝕速率均降低,當(dāng)濃度為50mg/L時對Q235鋼的緩蝕率達(dá)到80%以上,對N80鋼和J55鋼的緩蝕率在75%左右,試片

7、表面光亮均勻。 表2緩蝕劑YIM對3種鋼材試片的 緩蝕性能(常壓,60,24h) 試片材質(zhì) Q235 YIM濃度/mgL-1 采用與動電位掃描極化曲線測試相同的三電極體系,實驗溫度為601。交流阻抗測試儀器由Solartron1250FRA頻率響應(yīng)分析儀和Solartron1286ECI電化學(xué)接口組成,阻抗測試與數(shù)據(jù)采集交 腐蝕速率 /mma -1 緩蝕率 /%81.7 95.1 換由SI1091測試軟件完成。阻抗測量頻率0.005105Hz,交流激勵信號幅值10mV。交流阻抗譜的解析采用Zview軟件。1.6緩蝕吸附膜微觀分析 試片表面 形貌灰暗較光亮較光亮灰暗較光亮較光亮灰暗較光亮0 50

8、100 1.24 0.23 0.0311.350.330.0691.140.29N80 實驗試片材料為Q235鋼片,用0號6號金相砂紙逐級打磨拋光至境面,用二次蒸餾水清洗,丙酮脫脂去油后浸入加有100mg/L緩蝕劑YIM的油田產(chǎn)出水中,60下浸泡24小時,用二次蒸餾水沖洗試樣表面,干燥后用JEOLJSM235C掃描電子顯微鏡對緩蝕劑吸附膜進(jìn)行觀測。 J55 5010005075.694.8 74.62結(jié)果與討論 2.1咪唑啉油酰胺的紅外光譜解析 采用靜態(tài)失重法考察了不同CO2分壓下100 mg/L的YIM對Q235、N80及J55鋼的緩蝕性能。實驗條件為:溫度60,掛片周期24h,實驗結(jié)果如表

9、3所示。 表3數(shù)據(jù)顯示,隨著介質(zhì)中CO2分壓的增加,緩蝕劑YIM對產(chǎn)出水中三種材質(zhì)試片的緩蝕率均出現(xiàn)下降的趨勢?？梢?在含CO2的產(chǎn)出水體系中,CO2是影響YIM緩蝕效率的主要因素之一。這 用島津IR2435紅外光譜儀測定YIM的微觀結(jié)構(gòu),結(jié)果如圖1所示,在1640cm-1、1540cm-1處出現(xiàn)酰胺基特征吸收峰,1600cm-1處出現(xiàn)咪唑啉環(huán)特 232 表3不同CO2分壓下產(chǎn)出水中100mg/LYIM對 不同材質(zhì)試片的緩蝕率 試片材質(zhì) Q235N80J55 油田化學(xué)2004年 緩蝕率/% 0.2MPa0.4MPa0.6MPa0.8MPa1.0MPa84.6 83.084.5 80.982.8

10、83.7 76.182.282.6 75.481.381.1 73.580.078.8 與CO2在產(chǎn)出水介質(zhì)中的溶解和電離有關(guān),腐蝕機(jī)理為: CO2溶于水:CO2+H2O H2CO3 碳酸電離:H2CO3二次電離:HCO3- H+HCO3-H+CO23 陽極反應(yīng):FeFe2+2e 陰極反應(yīng):2H+2eH2 CO2的腐蝕過程是隨著氫去極化過程而完成 的。當(dāng)CO2分壓較高時,平衡向右移動,。因此,當(dāng)溫度一定時,CO2氣體分壓越大,材料的腐蝕就越快。雖然如此,在較高CO2分壓下,緩蝕劑YIM對3種材質(zhì)的試片仍具有明顯的緩蝕作用,3種材質(zhì)的耐蝕性順序為N80J55Q235。2.3極化曲線測試 不同溫度

11、下,對Q235鋼電極在空白和加有100mg/L緩蝕劑YIM的油田產(chǎn)出水中的極化行為進(jìn)行了動電位掃描曲線測試,測試結(jié)果見圖2。計算得到的腐蝕電化學(xué)參數(shù)列于表4。 表4不同溫度下Q235碳鋼電極在空白和加有緩蝕劑 YIM(100mg/L)溫度緩蝕/劑 3040506070 Ecorr ba bc icorr YIM抑制了腐蝕的陽極過程,屬于抑制陽極為主的 緩蝕劑2,3。咪唑啉酰胺分子在電極表面發(fā)生化學(xué)吸附,有效改善了碳鋼腐蝕電極的表面狀態(tài),使體系的腐蝕電化學(xué)參數(shù)發(fā)生了相應(yīng)變化。 圖3(a)和(b)所示為碳鋼Q235在空白和加有100mg/LYIM的油田產(chǎn)出水中的腐蝕電位和腐蝕)關(guān)系。由圖3(a)和

12、(b)電流與實驗溫度(3070 /%80.2988.2086.44586.6777.23 /mV- /mV/mV/mA?cm-20.1069 0.02000.19490.02300.24500.03320.30450.04060.29030.0661 空白加劑空白加劑空白加劑 空白加劑空白加劑692.748.36620.3102.42696.648.25628.197.17698.945.74626.9100.53701.443.75636.3104.62704.251.89641.5100.24 381.62 73.89546.8681.55574.1879.32602.385.91763.

13、0594.30 可見,隨著溫度的升高,Q235碳鋼電極在空白和加有YIM的油田產(chǎn)出水中的腐蝕電位負(fù)移,腐蝕電流增大;空白介質(zhì)中的腐蝕電流在70有降低的現(xiàn)象,這應(yīng)該與電極表面在較高溫度時的氧化膜或鈍化膜的形成有關(guān)3,4;在3070實驗溫度范圍內(nèi),YIM緩蝕劑的緩蝕效率受溫度的影響并不顯著,70時緩蝕率出現(xiàn)較大幅度的下降,應(yīng)與高溫下電 極表面狀態(tài)的變化有關(guān),而與緩蝕劑的吸脫附關(guān)系不大。 2.4交流阻抗測試 圖2和表4的測試結(jié)果表明,產(chǎn)出水中加入緩 蝕劑YIM后,Q235鋼的腐蝕電位正移,腐蝕電流密度減小,腐蝕反應(yīng)的陽極極化率增大,表明化合物 電化學(xué)阻抗譜應(yīng)用于緩蝕劑作用規(guī)律的研究可 第21卷第3期

14、黃金營,魏慧芳,張利等:咪唑啉油酰胺的合成及在油氣井產(chǎn)出液中的緩蝕性能233 子在電極表面的吸附覆蓋度增加,屏蔽效應(yīng)增強(qiáng),緩蝕效果提高。 2.5緩蝕劑YIM吸附膜 將Q235鋼試片在空白和加有100mg/L-1YIM緩蝕劑并通CO2氣體1小時的油田產(chǎn)出水中,在60下密閉浸泡24小時,攝取試片表面的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。Q235鋼試片在空白腐蝕介質(zhì)中呈現(xiàn)典型的均勻腐蝕特征,而在加有YIM的腐蝕介質(zhì)中浸泡后的試片表面有緩蝕劑吸附膜存在。這驗證了腐蝕失重和電化學(xué)測試得到的結(jié)果。 咪唑啉型緩蝕劑的化學(xué)吸附主要由N原子與Fe原子相互作用產(chǎn)生6,在YIM分子中同樣有含孤對電子的N原子,此孤對電子可

15、以填入Fe原子。 YIM,用紅外光譜法確認(rèn)了化學(xué)結(jié)構(gòu)。緩蝕劑YIM對Q235、N80和J55鋼具有良好的保護(hù)作用,其緩蝕效率受CO2分壓的影響。極化曲線測試表明,YIM緩蝕劑 以提供多種界面信息,具有獨特的優(yōu)越性3,4。利用Zviwe軟件對Q235鋼電極在不同濃度YIM的油田產(chǎn)出水中的阻抗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,結(jié)果如表5所示。由表5阻抗擬合結(jié)果可以看出,在所研究的濃度范圍內(nèi),隨著緩蝕劑濃度的增加,電極表面極化電阻Rp逐漸增大,界面電容減小。這是由于電極表面介電常數(shù)較大的水分子被介電常數(shù)較小的而體積較大的YIM分子取代后,形成了多分子吸附層保護(hù)膜5。Rp增大表明隨緩蝕劑濃度的增加,緩蝕劑分 表5Q235

16、鋼在不同YIM濃度的油田產(chǎn)出液 中的交流阻抗擬合數(shù)據(jù) YIM濃度/mgL-1 Rp/cm -2 屬于以抑制陽極反應(yīng)為主的緩蝕劑,在3070溫度范圍內(nèi)緩蝕效率受溫度變化的影響較小。交流阻抗和微觀分析結(jié)果說明,YIM緩蝕劑分子能夠取代水分子在金屬表面吸附成膜,使腐蝕反應(yīng)的電荷移動阻力增大,從而使腐蝕速率降低。 參考文獻(xiàn): 1岳增運.中原油田的腐蝕狀況及提高腐蝕控制水平的途徑J. 油田地面工程,1991,10(2):36.2郭稚弧.緩蝕劑及其應(yīng)用M.武漢:華中工學(xué)院出版社,1987:4446. 3曹楚南.腐蝕電化學(xué)M.北京:北京工業(yè)出版社,1994:131.4宋詩哲.腐蝕電化學(xué)的研究方法M.北京:化

17、學(xué)工業(yè)出版社, 1986:154168. 020383 5012428083.6 10016470087.6 20019070089.3 30021891090.7 5查全性.電極過程動力學(xué)導(dǎo)論M.北京:科學(xué)出版社,1982:96.6邸靜,馬潔,初一鳴,等.用電化學(xué)法研究咪唑啉類緩蝕劑對碳 鋼的緩蝕性能J.首都師范大學(xué)學(xué)報,1997,18(3):5962. 緩蝕率/% SynthesisandCorrosionInhibitingProperty inOilfieldProducedWaterofOleoamidoImidazolineYIM HUANGJin2Ying1,WEIHui2Fan

18、g2,ZHANGLi2Qiang2,ZHENGJia2Shen1 (1.DeptofChemistry,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan,Hubei430074,PRofChina;2.The2ndOilProduction Factory,ZhongyuanOilfieldBranch,Sinopec,Fanxian,Henan457532,PRofChina) Abstract:AnoleoamidoimidazolineascorrosioninhibitorYIMispreparedfromoleicacidanddiethy

19、lenetriamineanditschemicalstructureisidentifiedIR2spectrometrically.ThestaticweightlosstestsshowthattheinhibitionrateofYIMatuselevel50mg/Landtemperature60inanoilfieldproducedwaterwithTSD=1.24105mg/Lacounts81.7%,75.6%,and74.6%forspecimenof (下轉(zhuǎn)。tobecontinuedonp.236) 236油田化學(xué)2004年 率由15.9310-3m2大幅度地下降到1.

20、45 10-3m2,巖心滲透率受到的損害率高達(dá)90.9%,見表4。注入水中含量小的SRB和IB菌已被完全截留在巖心孔隙中,含量大的TGB菌絕大部分被截留,在巖心流出液中檢出量極少,見表4。大量細(xì)菌進(jìn)入巖心孔隙,對巖心滲透率造成了嚴(yán)重?fù)p害。 (3)高含菌量注入水對巖心的損害 高含菌量注入水中3種有害細(xì)菌總數(shù)約為1.3104個/mL。注入這種高細(xì)菌含量的水64PV引起巖心滲透下降的趨勢與中等含菌量注入水相似,見圖1(c)。但對巖心滲透率造成的損害更大,損害率高達(dá)93.9%,地層水測滲透率由11.8410-3m2下降到0.7210-3m2,見表3。注入水流過巖心時,絕大部分細(xì)菌被截留在孔隙中,流出巖

21、心的細(xì)菌量極少,見表4。 細(xì)菌堵塞巖心實驗研究,實驗結(jié)果表明,注入水中所含的細(xì)菌可在洗油巖心孔隙內(nèi)吸附、滯留并積累,即巖心起細(xì)菌過濾器的作用,大量注入含菌量超過一定限度的水引起巖心滲透率劇烈下降。對于純化油田砂巖儲層巖心,注入水中細(xì)菌總含量小于1102個/mL時不會造成滲透率損害。 (2)注入水中所含細(xì)菌被截留在注水井井底(近井地帶),長期注高含菌(及高懸浮固體顆粒、油滴含量)的水,會堵塞井底,造成注水壓力上升、注水量減少。 (3)提高注水壓力可將井底地層孔隙內(nèi)截留的細(xì)菌推向地層深處,在深部大量繁殖,會造成更嚴(yán)重的堵塞。 (4)在純化油田,12個/mL: 1.保護(hù)油氣層技術(shù)發(fā)展趨勢J.石油勘探

22、與開 ,2001,28(1):7884.2裘亦楠,薛叔浩.油氣儲層評價技術(shù)M.北京:石油工業(yè)出版 3結(jié)論 (1),完成了注入水中 社,1994:286319. ExperimentalStudyonCorePluggingCausedbyBacteria inInjectionWaterforFloodingChunhuaReservoir WANGZhi2Gang1,YINXian2Qing2,PENGSong2Shui1,ZHANGGuang2Ming2,WANGGuang2Dong1 (1.ChunliangOilProductionFactory,ShengliOilfieldComp

23、any,Sinopec,Boxing,Shandong256504,PRofChina;2.Departmentof ChemicalEngineering,YangtzeUniversity,Jingzhou,Hubei434023,PRofChina) Abstract:Thefulllaboratorycoreflowinstallationusedisproperlysterilized;theformationwater(FW)andtheinjectionwater(IW)usedfiltratedandsterilized;thereservoircoreprocessed,de

24、oiledandsaturatedwiththeFW.ThebacteriacontainingIWwithtotalpopulationofbacteriaTGB,SRB,andIBbeingof1.06102,1.49103,and1.29104cell/mLispreparedbythewayofseedingandcultivationinIW.FloodingthecoreswiththeIWoflow,mediumandhighbacteriapopulationintotalvolumeinjected70,70,and64PVresultsinchangeinpermeabil

25、ityofthecorestoFWfromoriginalvalues9.0610-3,15.9310-3,and11.8410-3m2to10.610-3,1.4510-3,and0.7210-3m2,thatis,adamagerateobservedbeingof-12.1%,90.9%,and93.9%,andthetotalpopulationofbacteriaremaindedintheIWflownoutofthecoresisof0,4100,and4.1101cell/mL,respectively.Theretentionofbacteriaincoreporesandt

26、heblockagecreationincoresinthecourseofwaterinjectionarediscussed.ItissuggestedthatthetotalpopulationofharmfullbacteriaintheIWforfloodingsandstonereservoirsinChunhuaoilfieldsbekeptbelow1102cell/mL. Keywords:injectionwater;harmfullbacteria;coreplugging;permeabilitydamage;totalbacteriapopulationcontrol;sandstonereservoirinChunhua (上接。continuedfromp.233)