饱和CO2油田水中咪唑啉季铵盐在N80钢表面的吸附与其缓蚀性能关系-论文.pdf

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1、偶第47卷·第2期·2014年2B饱和CO2油田水中咪唑啉季铵盐在N80钢表面的吸附与其缓蚀性能关系王霞，吴红梅，杜大委(西南石油大学材料科学与工程学院，四川成都610500)[摘要]为了探讨在含饱和CO油田水中咪唑啉季铵盐在N80钢表面的吸附与其缓蚀性能的关系，以苯甲酸、二乙烯三胺和氯乙酸钠为原料，合成一种咪唑啉季铵盐缓蚀剂。采用红外光谱对合成物结构进行了表征，采用静态失重法、电化学法和形貌观察法研究了其在含饱和CO模拟油田水中对N80钢的缓蚀性能及吸附行为。结果表明：在模拟油田水中，咪唑啉季铵盐浓度、温度、时

2、间对N80钢缓蚀性能影响显著；咪唑啉季铵盐能在金属表面形成牢固的单分子吸附膜，阻碍腐蚀介质与金属接触；该缓蚀剂属于混合型缓蚀剂，低浓度以阴极控制为主，高浓度以阳极制为主；该缓蚀剂主要通过在金属表面吸附成膜，改变金属的界面状态而起缓蚀作用，且随着其浓度的提高，缓蚀性能增强。[关键词]CO腐蚀；缓蚀剂；咪唑啉季铵盐；吸附；缓蚀机理[中图分类号]TG174．42[文献标识码]A[文章编号]1001—1560(2014)02—0035—040的蠢滴加0．28mol二乙烯三胺，升温至140oC酰胺化反应2h后；升温至180

3、oC环化反应5h，生成咪唑啉中间体。在油气田开发过程中，CO溶入水后形成的弱酸性采用旋转蒸发仪减压蒸出溶剂和剩余二乙烯三胺，得环境对钢制设备及管道具有极强的腐蚀，会造成巨大到红棕色黏稠的咪唑啉液体。的经济损失。咪唑啉类缓蚀剂对CO：腐蚀防护具有良将0．2mol氯乙酸钠，溶于150mLNaOH溶液好的效果，且其用量少、制备简单、低毒、对环境污染(pH=7～9)中，加入咪唑啉中间体，在80—90clC下季小。当前，有关咪唑啉季铵盐在含CO油田水中对钢铵化反应1h，得到黏稠状咪唑啉季铵盐，通过常／减压制设备腐蚀性能与吸

4、附行为的报道较少卫J。本工作蒸馏法和萃取法对其提纯J。合成一种咪唑啉季铵盐缓蚀剂；利用失重法和电化学方法等研究其在含饱和CO，模拟油田水中对N80钢腐1．2腐蚀条件蚀的影响及其吸附行为，探讨浓度、温度和时间对缓蚀(1)油田水的模拟表1为模拟胜利油田采出水。剂吸附膜的影响规律，从而为该类缓蚀剂的机理研究通人高纯CO约60rain，pH在6．5附近且几乎不变时及进一步开发应用提供参考。为含饱和CO：的模拟油田采出水。表1模拟胜利油田采出水1试验介质成分NaKMgCaCI—s0j—Hc01．1咪唑啉季铵盐的合成浓．76

5、6o．2613686．003l9．193081．3530175．71149．857O1．73(mg‘L)在四口烧瓶中加入0．2mol苯甲酸，以二甲苯为携水剂，硼酸为催化剂，温度升至90cI=；用恒压滴液漏斗(2)参数设置将50mm×10mm×3mmN80钢浸入下述条件的含饱和CO模拟油田水中：①0—2[收稿日期]2013—10—28g／L咪唑啉季铵盐，温度为50℃，时间为24h；②咪唑[基金项目]国家自然科学基金面上项目(51174171)资助[通信作者]王霞(1966一)，教授，应用化学博士学位，啉季铵盐浓度为

6、0，1g／L，温度为30～90℃，时间为24研究方向为油气田材料的腐蚀与防护，电话：h；③咪唑啉季铵盐浓度为0，1g／L，温度50℃，试验时13980603268，E—mail：swpiwx@126．com_间为24～96h。jV01．47No．2Feb：2014倪位，由图2b可见，缓蚀率先随温度升高而增加，在501．3检测分析℃左右达到最大，然后随温度增加而减小。这是因为(1)失重分析采用静态失重法研究咪唑啉季铵在一定的温度范围内，咪唑啉季铵盐活性及溶解度随盐的缓蚀性能。除膜液配方为盐酸(浓度37％)：蒸馏温度

7、升高而增大，更利于缓蚀剂与活性点的结合，使水=1：1，六次甲基四胺3．5g／L。得腐蚀速率大大减小，缓蚀率呈上升趋势；当温度超(2)电化学测试采用PGSTAT302N电化学工作过某一值时，温度的升高一方面加快了腐蚀速度，又站，以Pt为辅助电极，甘汞电极为参比电极，N80钢为抑制了缓蚀剂在金属表面吸附而促进了脱附反应，对工作电极(环氧树脂封样且预留工作面积为1．0cm)，缓蚀剂在金属表面的吸附成膜不利，故缓蚀效率呈下50℃下测试不同缓蚀剂浓度的极化曲线和交流阻抗。降趋势。极化曲线测定条件设置为扫描速率1mV／s，自

8、腐蚀电由图2c可见，缓蚀效率随时间延长呈先增后减的位±400mV；交流阻抗谱的幅值为自腐蚀电位±5mV，趋势：缓蚀剂在金属表面的吸附达到稳定需要一定的扫描频率为1．0×(10～～10)Hz。时间，随着时间的延长，模拟油田水中的CO不断被消(3)合成产物与腐蚀产物分析采用NICO．耗，介质腐蚀性降低，腐蚀速率减小，缓蚀效率在一定LET6700红外分光光度计测定合成产物的红外