高效固體緩釋型阻垢劑的研制及性能分析*

畢鳳琴 韓嘉平 李會星 趙紅梅 王 勇

(1.東北石油大學；2.大慶測試技術服務分公司檢測中心)

大慶油田已進入開采中后期，油田管道結垢和腐蝕問題變得越來越突出，解決結垢和腐蝕問題已迫在眉睫，添加緩蝕阻垢藥劑性價比高、針對性強，已成為目前各大油田比較可行且通用的方法[1，2]。目前通用的緩蝕阻垢劑多為液體型，由于隨流體流失較大，因此添加量較大，作用周期和效果也不夠理想，造成很大浪費，而固體緩蝕劑在緩慢溶解的過程中起到防腐和阻垢的作用，作用時間長，效果理想，經濟性好，具有良好的性價比[3]。筆者針對大慶五廠地區水驅輸油管道腐蝕結垢現象和油田采出液的成分特點，以緩蝕劑、阻垢劑、分散劑和載體為組分，配制出新型固體緩釋型緩蝕阻垢劑，并對藥劑性能進行評價。

1 實驗

1.1實驗儀器和藥品

實驗儀器和藥品有：美國Gamry PCI4/7500電化學工作站，恒溫水浴鍋，復配試劑(表1)，大慶五廠杏-13計量間油田采出液(成分見表2)，20#鋼試樣以及實驗室基本儀器等。

表1 復配試劑

注：1——山東省泰和水處理有限公司；2——天津大茂化學試劑廠；3——山西三維集團公司。

表2 水驅管道采出液成分 mg/L

1.2緩蝕阻垢劑的制備

緩蝕阻垢劑復配由主劑(有機磷酸或磷酸鹽,一種或多種)、分散劑、特殊緩蝕或阻垢劑和載體組成。

藥劑復配方案：以一種或多種主劑分別和3種分散劑復配，制備至少32種緩蝕阻垢藥劑，確定性能較穩定的緩蝕阻垢藥劑。緩蝕阻垢劑的復配試驗采用正交試驗法，按復配方案依次編號為CL01～CL32。

制備時先測試添加藥劑水質成分，根據水質成分，確定腐蝕和結垢性。有針對性選取藥劑成分，制備過程是在主劑中加入輔劑，加入聚丙烯醇后用恒溫水浴鍋加熱，充分分散、均勻混合后，通過粘合劑進行粘合沖模，加工成特定形狀，再經過脫模干燥，即為成品。

1.3性能測試

采用石油天然氣總公司行業標準SY/5273-1991評定緩蝕性能，阻垢性能采用EDTA絡合滴定法測定[4]。

模擬現場工況，采用失重法對添加的定量緩蝕阻垢劑進行動態模擬檢測，根據單位時間溶解的質量確定緩釋速率。

2 結果與分析

2.1緩蝕性能分析

對20#管道鋼作電化學實驗，以油田采出液為介質，分別作空白和加注實驗，得到極化曲線和阻抗譜如圖1所示。

圖1 加注藥劑前后20#鋼極化曲線和阻抗譜

如圖1a所示，加注藥劑后自腐蝕電位上升，由于藥劑溶解抑制腐蝕能力逐漸加強，有利于阻礙腐蝕的發生。腐蝕電流為22μA，小于空白試驗的34μA，腐蝕電流變小，而極化電阻則增加到1.104kΩ，不利于腐蝕的發生。通過失重法測得腐蝕速率，空白和加藥后試樣的腐蝕速率分別為0.310mm/a和0.070mm/a，緩蝕效果明顯，加藥后試片的腐蝕速率低于0.076mm/a，達到了油田集輸管道的腐蝕標準。

電化學阻抗譜如圖1b所示，加藥后容抗增大，耐腐蝕能力提高。經過Zview軟件擬合后，加藥后溶液電阻基本沒有變化，說明加入藥劑之后對溶液的導電性沒有影響，對其腐蝕性影響較小。20#鋼膜層電阻和電荷傳遞電阻明顯上升，耐腐蝕能力增強。

由于緩蝕主劑為有機磷酸，其結構中的P、O等原子能向金屬原子提供孤對電子，在金屬表面吸附成膜，抑制腐蝕電化學過程的發生，從而起到緩蝕作用。同時有機磷酸鹽等的O、P原子均含有未成鍵電子對，可進入金屬結構的空軌道形成配位體，在金屬表面形成緩蝕劑分子的吸附層，抑制金屬的腐蝕。

2.2阻垢性能分析

在采出液中加入緩蝕阻垢劑，每天采樣，持續15天，分別對采出液樣品做滴定實驗，得到阻垢率如圖2所示。阻垢作用主要由膦酸鹽與共聚物阻垢劑復配而成,前者具有強螯合作用，與Ca2+、Mg2+等金屬離子螯合生成易溶于水的螯合物,阻止垢的形成；后者為水溶性聚電解質，電荷密度高，產生離子間的斥力或空間位阻，阻止成垢晶核微粒相互接觸，使垢不能聚結長大。此外，阻垢劑還可吸附在剛析出的晶核上，破壞和干擾晶核的正常生長，起到阻垢作用[5，6]。

圖2 阻垢率隨時間變化曲線

由圖2可知，在加入緩蝕阻垢劑的前幾天里，阻垢率分別為81%和83%，這說明藥劑有效成分尚未完全發揮阻垢性能；在第四五天時藥劑有效成分完全發揮作用，阻垢率也逐漸升高，可達到90%；在接下來的時間內阻垢率趨于穩定，在91%左右，波動不大，表明本產品的阻垢性能良好且穩定。

2.3最佳用量確定

針對采出液水質設計5組加注用量實驗，加注量分別為5、10、15、20、25mg/L，進行電化學實驗，測試結果如圖3所示。

圖3 不同用量時極化曲線和阻抗譜

由圖3a可知，當加注量為10mg/L時，腐蝕電流較小，為7.5μA；自腐蝕電位較高，采出液極化電阻變大，不利于腐蝕的發生。當加注量為10mg/L時，20#鋼在采出液中的腐蝕速率為0.069mm/a，低于國家管道腐蝕標準。由圖3b可知，當加注量為10mg/L和15mg/L時，溶液的容抗較大，耐腐蝕性較好，綜合實驗和經濟性，選擇加注量為10mg/L。

2.4緩釋性能分析

為了保證藥劑的效果在采出液中持續作用，可以通過失重法對加入到采出液中定量的藥劑進行檢測，測得緩釋速率，從而確定加藥周期。固體緩蝕阻垢劑的粘合劑為聚乙烯醇，其綜合性能良好，能有效固化緩蝕阻垢劑而不影響其緩蝕阻垢性能。由圖4可知，固體藥劑溶解和時間呈線性關系，約每10天溶解8%，由此確定加注周期約為3個月。根據采出液質量和加注藥劑量計算，采出液中藥劑含量在10～15mg/L之間，滿足最佳加注用量要求。

圖4 剩余質量百分數隨取樣時間變化曲線

3 結論

3.1加注藥劑后，自腐蝕電位上升，腐蝕電流下降，極化電阻升高，腐蝕速率為0.070mm/a，研制固體緩蝕阻垢藥劑緩蝕性能良好。

3.2在加注后4～5天藥劑可達到理想阻垢效果，阻垢率可達90%；在加注15天內阻垢率波動不大，穩定在91%左右，阻垢效果穩定。

3.3聚乙烯醇為粘合劑緩釋性能良好，緩釋速率大約為每10天8%，確定加注周期約為3個月。

3.4固體緩釋型緩蝕阻垢劑加注用量為10mg/L時，緩蝕性能良好，可用作大慶油田五廠地區水驅管道的專用緩蝕阻垢劑。

[1] 杜春安,趙修太,邱廣敏.緩釋型固體緩蝕阻垢劑的研制與應用[J].石油與天然氣化工,2005,34(2):128～131.

[2] 汪雙喜,謝小聰.油田結垢的防治方法[J].清洗世界,2010,26(12):8～10.

[3] 張銀.油田緩蝕阻垢劑篩選及復配室內研究[J].全面腐蝕控制,2008,22(3):15～17.

[4] 上海化工廠.復合緩蝕阻垢劑的水質中穩定中試研究[J].化肥工業，1978，(1)：42～47

[5] 王兵,李長俊.管道結垢原因及常用分析方法[J].油氣儲運,2008,27(2):59～61.

[6] 王晏山,張洪林.緩蝕阻垢劑的篩選及工業應用[J].全面腐蝕控制,2005,19(4):22～27.