低氧泡沫驅(qū)緩蝕劑防腐性能與配伍性實驗研究

徐書龍

（四川宇泰安全科技有限責任公司，四川成都 610200）

泡沫驅(qū)技術(shù)從20 世紀60 年代已開展礦場實驗，經(jīng)過半個多世紀的室內(nèi)實驗和生產(chǎn)實踐，該技術(shù)已成為被廣泛認可的、重要的提高采收率技術(shù)之一[1]。泡沫驅(qū)氣相有空氣、N2、CO2等，其中空氣泡沫驅(qū)由于氣源來源廣、價格便宜，受到青睞[2]。但是空氣中存在大量O2組分，對油藏開發(fā)具有潛在爆炸等安全風(fēng)險，并且造成注入系統(tǒng)氧化腐蝕問題[3]。為此開發(fā)了低氧泡沫驅(qū)技術(shù)，空氣中的O2含量控制在3 %以內(nèi)，保障了安全也降低了氧化腐蝕作用。但是某油田19 口井的規(guī)模注入實驗，檢管11 井，發(fā)現(xiàn)5 口井仍然存在腐蝕超標問題[4]，對部分管柱進行更換。為此本文使用一種改性咪唑啉型緩蝕劑與現(xiàn)場使用的起泡劑復(fù)配，評價復(fù)配藥劑的配伍性和防腐能力[5，6]，以期降低注入井的腐蝕速率，對注入系統(tǒng)防腐具有理論和實際應(yīng)用價值。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

材料：緩蝕劑為改性咪唑啉HS，實驗室自制，淡黃色，有效物含量30 %。起泡劑QJ2，工業(yè)級，有效物含量50 %，現(xiàn)場提供。礦化水用NaCl 配制，礦化度8×104mg/L，用EDTA 絡(luò)合滴定法確定鐵離子含量，NaCl、EDTA、無水乙醇、石油醚，均為分析純，成都科龍化工試劑廠。腐蝕實驗用N80 鋼片，長4 cm、寬1.3 cm、高0.2 cm，現(xiàn)場油管材質(zhì)為N80，長度63 cm、內(nèi)徑60 mm、壁厚5 mm。

儀器：攪拌器（轉(zhuǎn)速3 000 r/min）；量筒（1 000 mL）、秒表（1 s）；電子天平（精度0.1 mg）；恒溫箱（最高溫度200 ℃）；離心泵（揚程20 m）。

1.2 實驗方法

1.2.1 配伍性實驗 使用礦化水配制溶液，起泡劑QJ2的使用濃度為0.3 %，分別加入0.005 %、0.01 %、0.02 %、0.04 %的緩蝕劑HS。采用Waning Blender 的方法發(fā)泡，取復(fù)配試劑溶液200 mL，倒入攪拌器中攪拌1 min 發(fā)泡，測量發(fā)泡體積和泡沫半衰期，實驗溫度65 ℃。

1.2.2 靜態(tài)腐蝕實驗 將掛片先用濾紙擦凈，再用沸程為60 ℃～90 ℃的石油醚清洗10 min，用脫脂棉擦拭表面油脂，再放入無水乙醇中浸泡10 min，進一步脫脂和脫水。取出掛片放在濾紙上，用冷風(fēng)吹干后再用濾紙包好，放入干燥器中干燥2 d，使用電子天平稱重，精確至0.1 mg。將處理好并稱重的掛片放入500 mL 的磨口瓶中，磨口瓶中分別盛入200 mL 溶液，包括空白組（模擬地層水）、緩蝕劑組（0.005%～0.04%）、起泡劑（0.3%）+緩蝕劑（0.005 %～0.04%）組三個實驗組，每個實驗組平行實驗3 個，置于65 ℃恒溫箱30 d，每天打開2 次瓶蓋10 min 進行換氣，使得瓶內(nèi)有新鮮的空氣。實驗完成后，取出掛片，立即用清水沖洗掉實驗介質(zhì)，并用濾紙擦干，再次用石油醚和無水乙醇處理掛片后，稱重取3 個掛片質(zhì)量平均值進行平均腐蝕速率與緩釋率指標的分析。

1.2.3 動態(tài)腐蝕實驗 油管兩端加裝同材質(zhì)的密封蓋和管線接頭，兩根油管內(nèi)分別盛入1 600 mL 空白組和1 600 mL0.02 %緩蝕劑組溶液，連接離心泵，以0.5 m3/h速度泵入低氧空氣（O2含量5 %），收集出口產(chǎn)出液體，每3 d 更換一次溶液。采用絡(luò)合滴定法測量鐵離子濃度，將出口產(chǎn)出液與剩余液體混合搖勻，取出溶液20 mL 進行滴定實驗，確定溶液中的鐵含量，計算腐蝕物含量，實驗周期27 d，實驗溫度65 ℃。

2 結(jié)果與分析

2.1 緩蝕劑的配伍性

泡沫驅(qū)主要通過起泡劑產(chǎn)生豐富的泡沫，實現(xiàn)擴大波及體積以及控制流度的作用，條件緩蝕劑能夠起到防腐作用，但是由于起泡劑、緩蝕劑等成分復(fù)雜，復(fù)配后可能引起很大的干擾作用，因此實驗中主要評價緩蝕劑與起泡劑的配伍性。

實驗結(jié)果（見表1、圖1、圖2）。由實驗結(jié)果可知，緩蝕劑的加入增加了泡沫性能，并且隨著緩蝕劑濃度的增加，泡沫性能先大幅度提高后趨于平穩(wěn)。當緩蝕劑濃度為0 時，發(fā)泡體積為620 mL；當緩蝕劑濃度為0.02 %時，發(fā)泡體積為650 mL；隨著緩蝕劑濃度進一步提高，發(fā)泡體積達到670 mL，表明緩蝕劑對起泡能力有較好的正效應(yīng)作用。對于泡沫半衰期，當緩蝕劑濃度為0 時，泡沫半衰期為660 s；當緩蝕劑濃度為0.01 %時，泡沫半衰期為693 s。表明隨著緩蝕劑濃度增加，泡沫穩(wěn)定性提高。因此，緩蝕劑與起泡劑的配伍性好，并能夠提高泡沫性能。

泡沫綜合指數(shù)是泡沫體積與泡沫半衰期的乘積指標，綜合反映了泡沫的發(fā)泡性和穩(wěn)定性，由圖2 可知，緩蝕劑的加入對泡沫性能有利，并且當緩蝕濃度大于0.01 %后，對泡沫性能提高幅度趨緩。由此指標也是說明了緩蝕劑與起泡劑的配伍性理想。

表1 緩蝕劑濃度對泡沫性能影響結(jié)果統(tǒng)計表

圖1 緩蝕劑對泡沫體積與泡沫半衰期影響

圖2 緩蝕劑濃度對泡沫綜合指數(shù)影響

2.2 緩蝕劑的靜態(tài)防腐性能

緩蝕劑濃度對腐蝕速率及緩釋率的影響實驗結(jié)果（見表2，表3，圖3，圖4）。結(jié)果表明空白組實驗腐蝕速率最高，達到0.133 mm/a，大大高于標準值0.076 mm/a，主要由于高溫、高鹽環(huán)境，加速氧化還原反應(yīng)，使得腐蝕超標。添加緩蝕劑組，在不同濃度條件下，均使腐蝕速率降低，起到了緩釋作用。

這是由于改性咪唑啉能夠吸附在金屬表面形成保護膜，降低了氧與金屬的接觸面，阻隔了腐蝕反應(yīng)，因此腐蝕速率降低。隨著緩蝕劑HS 濃度增加，金屬表面的吸附層變致密，阻隔能力提升，使得腐蝕速率降低、緩釋率提高。對于緩蝕劑+起泡劑組實驗結(jié)果表明，該組能夠進一步降低腐蝕速率，分析認為起泡劑能與緩蝕劑發(fā)生協(xié)同增效作用，進一步提高吸附膜的致密程度，減緩腐蝕。當緩蝕劑有效濃度大于0.02 %時，腐蝕速率降低程度以及緩釋率增加程度逐漸降低并趨于平穩(wěn)，這是由于緩蝕劑在金屬表面吸附量趨于飽和，進一步提高濃度不能提高緩釋率，據(jù)此，確定了緩蝕劑的最佳使用濃度為0.02 %。

圖3 緩蝕劑濃度對腐蝕速率影響

表2 緩蝕劑濃度對腐蝕速率影響數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

表3 緩蝕劑濃度對緩釋率影響數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

圖4 緩蝕劑濃度對緩釋率影響

表4 每3 d 油管腐蝕量統(tǒng)計表 單位：g

表5 油管腐蝕實驗結(jié)果統(tǒng)計表

2.3 緩蝕劑的動態(tài)防腐性能

泡沫驅(qū)現(xiàn)場采用油管內(nèi)氣液交替注入或油管、套管分別注入氣液的發(fā)泡方式，靜態(tài)腐蝕引入新鮮空氣對掛片腐蝕，模擬了不斷注入新鮮空氣的過程。但是設(shè)計上泡沫驅(qū)過程是一個動態(tài)腐蝕的過程，因此本文改進實驗裝置，模擬實際工況的動態(tài)腐蝕。每3 d 鐵離子滴定后得到腐蝕量（見表4），出油管參數(shù)、總腐蝕量以及通過油管前后質(zhì)量差計算的腐蝕速率（見表5）。油管動態(tài)腐蝕實驗?zāi)M泡沫驅(qū)實際注入時存在的氣液同注的狀態(tài)。通過絡(luò)合滴定法滴定腐蝕產(chǎn)生的鐵離子含量，計算出腐蝕后油管質(zhì)量，從而定量評價氣液同注時的腐蝕速率。

實驗結(jié)果表明，在27 d 實驗周期內(nèi)，含0.02%緩蝕劑HS 的實驗組腐蝕速率為0.062 mm/a，未添加緩蝕劑的空白組腐蝕速率為0.194 mm/a，一方面表明動態(tài)實驗腐蝕速率高于靜態(tài)腐蝕實驗結(jié)果，這是由于不斷有新的低氧空氣加速了氧化還原反應(yīng)，導(dǎo)致總腐蝕量增加。另一方面含有緩蝕劑的實驗組腐蝕速率明顯低于空白組，即緩蝕劑對油管腐蝕有明顯的降低作用，這與靜態(tài)腐蝕實驗結(jié)果一致，并且腐蝕速率仍然低于0.076 mm/a的技術(shù)標準要求。因此，通過動態(tài)腐蝕實驗進一步證明0.02 %的緩蝕劑HS 能夠起到緩釋效果。

3 結(jié)論

（1）緩蝕劑HS 和現(xiàn)場使用起泡劑QJ2 配伍性理想，并且緩蝕劑能夠提高泡沫性能。

（2）緩蝕劑能夠降低掛片腐蝕速率，添加了緩蝕劑和起泡劑的復(fù)配溶液，緩釋性能最高，緩蝕劑的最佳使用濃度為0.02 %，添加緩蝕劑的起泡劑溶液腐蝕速率為0.028 mm/a，緩釋率達到78.9 %。

（3）動態(tài)腐蝕實驗?zāi)M了實際工況，添加緩蝕劑能夠大幅度降低腐蝕速率，相對空白組，腐蝕速率由0.194 mm/a 降低至0.062 mm/a，緩釋率68.2 %。