复配高温酸化缓蚀剂对13Cr管材的缓蚀效果与机制研究

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1、中图分类号：TE988单位代码：11414学号：2013216501题目复配高温酸化缓蚀剂对13Cr管材的缓蚀效果与机制研究专业或领域材料工程研究方向腐蚀与防护专业硕士生续乙震指导教师陈长风教授现场导师孙凤石高级工程师入学时间：2013年9月论文完成时间：2016年5月硕士专业学位论文独创性声明郑重声明：本硕士专业学位论文是作者个人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他个人和集体已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得中国石油大学或者其它单位的学位或证书所使用过的材料。对本研究做出贡献的个人和集体，均已在论文中

2、做了明确的说明并表示了谢意。作者和导师完全意识到本声明产生的法律后果并承担相应责任。作者签名：日期：导师签名：日期：硕士专业学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解中国石油大学（北京）学位论文版权使用的有关规定，使用方式包括但不限于：学校有权保留并向有关部门和机构送交学位论文的复印件和电子版；允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文；可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。本学位论文属于保密范围，保密期限0年，解密后适用本授权书。本学位论文作者如需公开出版学位论文的

3、部分或全部内容，必须征得导师书面同意，且须以中国石油大学（北京）为第一署名单位。作者签名：日期：导师签名：日期：-I-摘要摘要在油气田的开采过程中，常常需要用到酸化压裂的方式提高采收率，由于地层温度高，酸化压裂液具有很强的酸性，在溶蚀岩层的过程中，金属设备也不可避免地受到严重的腐蚀。本文针对酸化过程中高温强酸的条件，试图研制一种耐高温耐强酸的高温酸化缓蚀剂，以降低腐蚀对金属设备的破坏。首先，在实验室合成了缓蚀剂的主剂2-氨乙基苯亚甲基-1-1-十七烯基咪唑啉季铵盐（IM）和N-苄基喹啉（QL）,并利用傅立叶变换红外光谱（FTIR）对合成产物进行了分析，确定了合成产物即为

4、目标产物。然后，用合成的主剂QL、IM分别与复配剂聚醚型氟碳表面活性剂（silok）、乳化剂OP-10、无机盐KI进行复配性能研究，测试用材料为13Cr管材。测试方法包括：失重法(WL)、动电位极化曲线法（Tafel）、交流阻抗法（EIS）。结果显示：silok与IM有协同作用。在140℃，20%盐酸条件下，Silok的添加使IM的缓蚀效率从16.15%提高到19.05%，并且增强效果要好于OP-10（使IM的缓蚀效率从16.15%提高到16.64%）。但是，即使IM与Silok复配之后缓蚀效率依然不高。KI的添加使IM在高温酸性条件下的缓蚀效率从19.05%提高到83

5、.57%，使IM在140℃下表现出较好的缓蚀效果。但是，IM为主的复配体系在温度达到170℃之后缓蚀效率仅为3.86%。对于QL来说，单独添加的情况下，在140℃时，缓蚀效率就高达98.24%。但是，温度升高到170℃之后，缓蚀效率下降到13.55%，KI的加入也使QL在170℃的高温下缓蚀效率提高到74.62%。另外，通过零电荷电位（PZC）测试和分子前线轨道分布对缓蚀剂的缓蚀机制和协同作用机制进行了研究。PZC测试结果显示：QL、IM和KI的添加使体系的微分电容值明显减小，使钢表面的带电量增加；QL/IM与KI复配之后的体系，是I-优先吸附在金属表面改变了双电层性质

6、，然后QL/IM再进行吸附，这样QL/IM和I-共同构成了缓蚀体系，对金属起到了比单一组分添加时更好的缓蚀效果；通过最高占有分子轨道能量EHOMO和最高未占有分子ELUMO可知，OP-10和Silok较QL和IM更容易失去电子，而QL和IM较OP-10和Silok更容易得到电子。这样，缓蚀剂吸附到铁表面之后，分子之间通过得失电子达到一种平衡，使缓蚀剂分子的吸附更加稳定。-II-摘要最后，通过失重法对QL在硫化氢/二氧化碳环境中的缓蚀效果进行了研究，结果显示，添加了以QL为主的复配缓蚀剂后，在60℃中H2S/CO2环境中，试样腐蚀速率均低于0.076mm/a，符合标准规定

7、。并且在100℃的H2S环境中，添加KI的复配体系效果比单独添加QL有更好的缓蚀效果，腐蚀速率从0.1012mm/a下降到0.0680mm/a。关键词：缓蚀剂；酸化压裂；复配机制-III-ABSTRACTSynergisticEffectandMechanismofHightemperaturehydrochloricacidCorrosionInhibitorsfor13CrstainlesssteelABSTRACTIntheproceduresoftheexploitationofoilandgasfields,acid-fract