新型咪唑啉緩蝕劑濃度檢測及其在Q235鋼表面膜生長和衰減規(guī)律研究.pdf

1、油氣田開發(fā)過程中廣泛存在CO2，CO2溶入水后對鋼質設備有極強的腐蝕性。目前，各油田最常用的防腐方法就是添加緩蝕劑，既經濟有效又不影響油田的正常生產。咪唑啉類緩蝕劑有優(yōu)良的緩蝕性能，無特殊的刺激性氣味，熱穩(wěn)定性好，毒性低，在油田管線設備的防護實踐中被廣泛應用。對咪唑啉緩蝕劑濃度的檢測及其在碳鋼表面膜生長和衰減規(guī)律的研究可以指導現(xiàn)場加樣量和加樣時間、合理有效的使用和保存緩蝕劑，對緩蝕劑在油田現(xiàn)場的使用有重要意義。 針對油田現(xiàn)場高溫

2、高壓，CO2含量和Ca2+、Mg2+、SO42、Cl-等各種無機離子含量較高的腐蝕環(huán)境特點，本實驗室合成了一種新型的咪唑啉緩蝕劑，并運用紅外、紫外、核磁共振碳譜、質譜等分析方法表征了其分子結構。該緩蝕劑在支鏈上引入硫原子加強了咪唑啉在金屬表面的吸附，可以更加有效的減緩CO2對碳鋼的腐蝕。本文主要圍繞以下三個問題對其展開了研究： 用紫外分光光度法研究了咪唑啉隨溫度變化的水解規(guī)律，并提出了開環(huán)度的概念。研究發(fā)現(xiàn)：隨著溫度升高，咪唑啉

3、的水解速率增大，開環(huán)比例增加。85℃下，4h內已有一半咪唑啉開環(huán)發(fā)生水解；25℃下水解則比較緩慢，且開始4h內變化不大。在此基礎上研究了咪唑啉緩蝕劑最佳檢測波長、檢測時間、檢測溫度以及其他因素等對濃度檢測的影響，研究表明，鹽溶液在高溫下也會有紫外吸收，對溶液測定造成干擾，冷卻至25℃后再測定可以排除這種干擾；其它物質如有機復配劑，CO2，F(xiàn)e3+等對咪唑啉緩蝕劑紫外吸收影響不大。將取得的現(xiàn)場水樣冷卻至25℃后4h內，分別測定其228nm

4、和205nm處吸光度值，利用自合成的咪唑啉和酰胺產品分別繪制的兩條標準曲線，可以計算得出咪唑啉緩蝕劑總濃度和開環(huán)程度，該檢測方法有良好的線性，準確度較高，可以適用于復雜的油水相共存的環(huán)境。 用失重試驗、交流阻抗和弱極化等方法研究了咪唑啉緩蝕劑在Q235鋼表面膜生長和衰減規(guī)律。研究表明：85℃下，隨著緩蝕劑濃度的增加，緩蝕劑緩蝕性能并不是一直增加，而是有一個極值濃度，本文所用緩蝕劑為40mg.L-1。交流阻抗和弱極化方法研究表明，

5、40mg·L-1和60mg·L-1的緩蝕劑其成膜較快，24h即可成膜，且膜層有自動修復功能，在電極浸泡初期，成膜較致密，在膜層出現(xiàn)傳質過程受阻引起的Warburg阻抗，但其膜壽命較短，在120h時即出現(xiàn)較明顯衰減，而40mg·L-1的緩蝕劑在148h時仍保持一個良好的狀態(tài)。20mg·L-1的緩蝕劑其成膜較慢，在48h時達到頂峰，隨后逐漸衰減，自我修復表現(xiàn)不明顯。25℃下，Q235鋼在40mg·L-1的咪唑啉緩蝕劑中自腐蝕電流密度較85℃

6、下有所下降，電荷轉移電阻也有較大幅度的提高，成膜更加致密緊實。這說明一方面溫度的升高，會促進腐蝕反應的進行；另一方面溫度升高，也使咪唑啉水解反應更加嚴重，降低了其緩蝕效率；85℃下，40mg·L-1的未加入硫脲基的咪唑啉其成膜相對較慢，在48h達到最好狀態(tài)。在該條件下，Q235鋼在浸泡。72h-120h期間的交流阻抗譜圖低頻端出現(xiàn)一感抗弧，即此時體系中吸附在電極表面的緩蝕劑出現(xiàn)脫附現(xiàn)象，反過來說明由于硫脲基的引入，增強了咪唑啉環(huán)的吸附性

7、能。 用失重試驗、交流阻抗和弱極化等方法研究了咪唑啉緩蝕劑的穩(wěn)定性。用交流阻抗研究了放置兩個月和在85℃下水解72h后40mg·L-1的咪唑啉在Q235鋼表面成膜性能，發(fā)現(xiàn)無論成膜壽命還是成膜強度都不如新鮮的咪唑啉緩蝕劑，其共同的原因就是水解后生成的酰胺其吸附性能比咪唑啉弱，影響了成膜性能，導致緩蝕率的下降；用紫外吸收分光光度法研究了失重試驗過程中咪唑啉緩蝕劑紫外譜圖的變化，研究表明，不同濃度的緩蝕劑其開環(huán)速率和比例都是不一樣的

8、，咪唑啉緩蝕劑濃度越高，其開環(huán)比例越大，在48h時水解開環(huán)反應已基本完成，因此造成不同濃度昧唑啉緩蝕劑在失重試驗過程中摩爾吸光系數(shù)ελ=228nm和ελ=205nm的差異；用紫外吸收分光光度法研究了電化學試驗過程中瞇唑啉緩蝕劑紫外譜圖的變化，研究表明，25℃下的咪唑啉緩蝕劑其水解傾向要遠小于85℃，電化學試驗過程中在λ=228nm和λ=205nm處的峰值不同于失重試驗，不僅比較大而且一直呈增長趨勢，推測由于外加電流的引入，使得緩蝕劑發(fā)生