抗CO2腐蚀XJ6800缓蚀剂的缓蚀性能研究

抗CO2腐蚀XJ6800缓蚀剂的缓蚀性能研究211抗CO2腐蚀XJ6800缓蚀剂的缓蚀性能研究赵国仙1，2梁明华2董晓焕1（1.西安交通大学材料科学与工程系，西安，710049；2.中国石油天然气集团公司管材研究所，西安，710065）摘要：在模拟油田腐蚀环境中研究了抗CO2腐蚀的XJ6800缓蚀剂对缓蚀效率的影响，并采用电化学极化和阻抗测试技术研究了该缓蚀剂的缓蚀机制。研究结果表明，在模拟现场腐蚀环境中，200ppm的XJ6800缓蚀剂就可以使缓蚀效率达到95％，电化学测试结果表明该种缓蚀剂是混合型缓蚀剂，其主要作用为形成缓蚀剂膜吸附在材料表面，提高电荷传递电阻，从而降低腐蚀速率。关键词：CO2腐蚀，缓蚀剂，极化曲线，交流阻抗随着CO2腐蚀日益成为油气田安全生产的主要障碍，各种防护措施应运而生。13Cr马氏体不锈钢和2205双相不锈钢的应用虽然在一定程度上可以解决CO2腐蚀问题[1－2]，但是其高昂的成本是很多油田所无法接受的，所以采用高效抗CO2腐蚀缓蚀剂仍是低产油田的首选。咪唑啉是一种含氮的五元杂环化合物，我们通过对其进行合成和复配研制出一种适用于石油化工行业的高效的抗CO2腐蚀缓蚀剂。本文通过模拟油田环境的高温高压试验研究了在各种浓度条件下其缓蚀效率，并采用极化曲线和阻抗测试技术探讨了其缓蚀机制。1实验方法试验采用P110油套管钢，其化学成分为C:0.25;Si:0.21;Mn:1.31;P:0.017;S:0.007;Cr:0.82;Ni:0.022;V:0.006;Ti:0.014;Cu:0.15。腐蚀介质模拟油田现场油层水配置，成分为Cl-：110.0g/L；SO42-：1.2g/L；HCO3-：0.15g/L；Mg2+：1.0g/L；Ca2+：6.0g/L；Na++K+：100.0g/L；Fe2+：0.1g/L；Fe3+：0.03g/L。高温高压实验采用Ф72mm的圆环状试样，电化学试样为1cm2的圆片状试样。试验前试验面分别用320＃、600＃、1000＃砂纸逐级打磨，冲洗，丙酮除油，干燥后称重。高温高压实验前，先将加入缓蚀剂的溶液放入试验釜内，预先通入高纯N2除氧10小时以上，再装上试样（失重试样和电化学测量试样）密封，继续通入高纯氮2小时除氧，然后升温，实验温度为90℃,CO2分压2.5MPa。电化学测试由EG&G公司的M237A恒电位仪和M5210锁相放大器完成。辅助电极选用石墨电极，参比电极为饱和甘汞电极。极化曲线测量的扫描速度为0.167mV/s。电化学阻第十三届全国缓蚀剂学术讨论会论文集212抗测试的频率范围为5mHz-100KHz，阻抗测量信号幅值为5mV正弦波。试验结束后，试样表面用蒸馏水冲洗、无水酒精除水后烘干。除去腐蚀产物膜后，先进行宏观观察，然后称量、计算试样的均匀腐蚀速率。2实验结果2.1高温高压实验结果选取50、100、200、500ppm四个缓蚀剂浓度进行高温高压缓蚀效率试验，结果如图1所示。从图中可以看出，随着缓蚀剂浓度的增大，缓蚀效率逐渐增加，当缓蚀剂浓度达到200PPm后，缓蚀效率达到最大，缓蚀效率为95％，之后，随缓蚀剂浓度增大，缓蚀效率变化不明显。结果表明，200ppm就是使用XJ6800缓蚀剂的最佳浓度。0204060801001200100200300400500600缓蚀剂浓度（ppm)缓蚀效率（％）图1缓蚀效率随缓蚀剂浓度变化关系高温高压试验结束后，取出试样进行宏观检查，结果如图2所示。从图中可以看出，不加缓蚀剂的试样表面已经被腐蚀得较严重，有明显的局部腐蚀坑，而加200ppm的缓蚀剂试样从釜中取出后，将其表面在布上擦拭，可见其表面光亮如初。（a）200ppm缓蚀剂（b）不加缓蚀剂图2加与不加缓蚀剂试样的宏观形貌抗CO2腐蚀XJ6800缓蚀剂的缓蚀性能研究2132.2电化学测试结果在饱和CO2、温度为90℃时，分别选取不加缓蚀剂和浓度为200ppm进行极化曲线测试，结果如图3所示。从图中可以看出，添加缓蚀剂造成腐蚀电位正移，极化曲线左移，阴阳极反应速度同时减小，表明该缓蚀剂是混合型缓蚀剂。1E-81E-71E-61E-51E-4-1000-900-800-700-600-500-400-3000ppm200ppmE(mv)i(A/cm2)图3添加缓蚀剂对极化曲线的影响在饱和CO2、温度为90℃时，分别选取不加缓蚀剂和浓度为200ppm进行阻抗谱线测试，结果见图4。6020400801001200510152025303540ZimΩ·cm2ZreΩ·cm2withinhibitorblank图4添加缓蚀剂对阻抗谱的影响从图上可以看出，在没有加缓蚀剂的空白液中，交流阻抗谱由高频区的容抗弧和低频区的两个双容抗弧组成，高频区的容抗弧通常反映电荷传递电阻Rt和双电层电容Cdl的弛豫过程[3]，低频区的容抗弧反映腐蚀产物的生成。加入咪唑啉缓蚀剂后，阻抗谱中出现三个容抗弧，表明缓蚀剂吸附膜与腐蚀产物膜的相互作用改变了金属表面的结构，从而改变了腐蚀过程。其高频容抗弧仍反映电荷传递电阻Rt和界面电容Cdl的弛豫过程，低频的两个容抗弧分别反映了缓蚀剂在电极表面的吸脱附过程和电荷在缓蚀剂膜中的电荷传递过程，从中可以看出，加入咪唑啉缓蚀剂后，转移电阻Rt明显增大，这是由于缓蚀剂活性分子覆盖在电极表面，其膜第十三届全国缓蚀剂学术讨论会论文集214具有一定的阻抗，导致电荷转移电阻增大所致。3结论（1）XJ6800是一种有效的抗CO2腐蚀缓蚀剂，200ppm是其使用的最佳浓度。（2）添加缓蚀剂造成腐蚀电位正移，极化曲线左移，阴阳极反应速度同时减小，表明该缓蚀剂是混合型缓蚀剂。（3）加入咪唑啉缓蚀剂后，阻抗谱发生明显变化，表明缓蚀剂吸附膜与腐蚀产物膜的相互作用改变了金属表面的结构，从而改变了腐蚀过程。参考文献[1]KatsumiMasamura，ShujiHashizume，YasutoInoharaandYusukeMinami.Estimationmodelsofcorrosionrateof13CralloysinCO2environments，Corrosion／99，PaperNo.583，1999[2]A.J.GriffithsandA.Turnbull.Definingthelimitsofapplicationofduplexstainlesssteelcoupledtocarbonsteelinoilfieldenvironments,Corrosion,2001,VOL.57,No.2[3]曹楚南，张鉴清.电化学阻抗谱导论，科学出版社，2002