王佳佳,石國(guó)軍,紀(jì)艷娟,2

(1. 揚(yáng)州大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，揚(yáng)州 225002； 2. 中石化江蘇油田分公司 石油工程技術(shù)研究院，揚(yáng)州 225009)

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咪唑啉/乙二胺四甲叉膦酸鈉復(fù)配緩蝕阻垢劑的性能

王佳佳1,石國(guó)軍1,紀(jì)艷娟1,2

(1. 揚(yáng)州大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，揚(yáng)州 225002； 2. 中石化江蘇油田分公司 石油工程技術(shù)研究院，揚(yáng)州 225009)

采用靜態(tài)阻垢試驗(yàn)篩選出具有優(yōu)異阻垢性能的阻垢劑乙二胺四甲叉膦酸鈉(EDTMPS)，同時(shí)采用室內(nèi)靜態(tài)掛片法篩選出具有良好緩蝕性能的緩蝕劑咪唑啉，將兩者進(jìn)行復(fù)配，確定了最優(yōu)配方，并考察了最優(yōu)配方緩蝕阻垢劑的性能及其緩蝕阻垢機(jī)理。結(jié)果表明:最優(yōu)配方為EDTMPS與咪唑啉質(zhì)量比3∶1，此配方對(duì)CaCO3垢的阻垢率為91.3%，對(duì)CaSO4垢的阻垢率為98.8%，對(duì)BaSO4垢的阻垢率為46.5%，緩蝕率為76.6%;復(fù)配緩蝕阻垢劑對(duì)CaCO3垢的阻垢性隨著加入量的增多、溶液中Ca2+含量的減少、試驗(yàn)溫度的降低而上升。

乙二胺四甲叉膦酸鈉；咪唑啉；緩蝕阻垢性能；緩蝕阻垢機(jī)理

無(wú)論是自噴采油還是機(jī)械采油，在采油過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生無(wú)機(jī)鹽垢及腐蝕現(xiàn)象。采油時(shí)最常見(jiàn)的垢鹽有碳酸鈣垢、硫酸鈣垢、硫酸鋇垢[1]。形成這些垢的主要途徑有以下三種[2-4]：(1) 壓力降低、介質(zhì)溫度升高；(2) 兩種不相容介質(zhì)的混合；(3) 介質(zhì)中的水分被蒸發(fā)，成垢離子含量增大。最易導(dǎo)致采油設(shè)備發(fā)生腐蝕的因素有硫化氫氣體、二氧化碳?xì)怏w及油井中的溶解氧[5]。硫化氫可以導(dǎo)致氫脆和硫化物應(yīng)力腐蝕破裂等多種腐蝕。對(duì)于不含硫的油井，其產(chǎn)生的鹽水中若含有礦物質(zhì)，則二氧化碳的含量越高，腐蝕的可能性就會(huì)越大。另一方面，含硫氣井中，二氧化碳?xì)怏w的存在會(huì)加快硫化氫氣體對(duì)金屬的腐蝕。只要有水和空氣存在，一般情況下都會(huì)發(fā)生氧腐蝕，金屬的氧腐蝕速率隨著水中溶解氧含量的增加而增大。

油井腐蝕結(jié)垢問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致油井生產(chǎn)過(guò)程中油管遭到腐蝕穿孔、泵卡及抽油桿腐蝕斷裂，這會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)極大的損失。據(jù)報(bào)道[6]，荊邱油田共有采油井68口，開(kāi)井?dāng)?shù)為41口，每年的檢泵作業(yè)大概60多井次，根據(jù)檢泵作業(yè)結(jié)果，存在腐蝕結(jié)垢問(wèn)題的油井約有30口，占開(kāi)井總井?dāng)?shù)的73.17%，這些井的平均泵深為1 664 m，發(fā)生嚴(yán)重腐蝕的部位大多在1 000～1 600 m，平均檢泵周期約為190.4 d。因?yàn)轭l繁檢泵，不但增加生產(chǎn)費(fèi)用，還會(huì)影響油井的正常生產(chǎn)。在鄯善油田[7]，近幾年，1/3以上的事故檢泵井存在垢卡和腐蝕斷桿問(wèn)題，極大地降低了油井的免修期，增加了采油成本。

控制結(jié)垢的方法主要有去掉部分成垢離子(Ca2+、Ba2+、CO32-及SO42-)，加酸或向介質(zhì)中通入氣態(tài)二氧化碳，降低介質(zhì)體系的pH[8]和穩(wěn)定碳酸氫鹽等?？刂聘g的方法主要包括：加注緩蝕劑,提高系統(tǒng)的pH,金屬表面覆蓋,使用耐蝕材料,陰極保護(hù)法。其中，加注緩蝕劑是抑制金屬腐蝕最簡(jiǎn)單的一種方法，緩蝕劑的研究始于1940年，針對(duì)酸性氣體腐蝕，所使用的緩蝕劑主要是有機(jī)緩蝕劑，如有機(jī)膦酸鹽、咪唑啉衍生物以及有機(jī)胺等[9-10]。

本工作針對(duì)油井開(kāi)采過(guò)程中主要由于壓力下降而產(chǎn)生的結(jié)垢問(wèn)題，以及由于油田伴生氣中伴隨較多H2S氣體和CO2氣體而產(chǎn)生的腐蝕問(wèn)題，篩選了一種復(fù)配緩蝕阻垢劑，并考察了其在自配的腐蝕水溶液中的緩蝕阻垢性能。

1　試驗(yàn)

1.1試樣與試劑

試驗(yàn)材料為A3鋼片，尺寸為50 mm×25 mm×2 mm，化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為：wC0.21%，wMn1.4%，wSi0.35%，wS0.05%，wP0.045%。用濾紙將試片擦拭干凈，然后放入含有石油醚(沸程為60～90 ℃)的燒杯中，去除試片表面的油污，然后放入無(wú)水乙醇中浸泡約5 min，脫除鋼片上的油脂和水。取出試片，用電風(fēng)扇吹干，再用濾紙包好，放入干燥器中約2 h后稱量，精確到0.1 mg。

待選阻垢劑采用聚環(huán)氧琥珀酸鈉(PESA)、乙二胺四甲叉膦酸鈉(EDTMPS)和氨基三亞甲基膦酸(ATMP)三種。待選緩蝕劑采用三乙醇胺、EDTMPS及咪唑啉三種。

試驗(yàn)所用試劑有乙二胺四甲叉膦酸鈉(EDTMPS)、咪唑啉、聚環(huán)氧琥珀酸鈉(PESA)、氨基三亞甲基膦酸(ATMP)、三乙醇胺、氯化鈣、氯化鋇、無(wú)水碳酸鈉、硫酸鈉、無(wú)水乙醇、鹽酸、石油醚、氯化鈉、碳酸鈣、硫化鈉等，均為分析純。

用蒸餾水自配試驗(yàn)溶液作為腐蝕水,此溶液含有5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)NaCl，0.2% MgCl2·6H2O，0.6% Na2SO4和0.04% NaHCO3。先用高純氮?dú)怛?qū)氧3 h。當(dāng)腐蝕水中含氧量符合設(shè)定要求時(shí)，再用啟普發(fā)生器分別導(dǎo)入500 mg/L H2S和250 mg/L CO2，使自配腐蝕水能夠最接近現(xiàn)場(chǎng)采出水。

1.2緩蝕阻垢性能評(píng)價(jià)

1.2.1 阻垢性能測(cè)定

CaCO3(CaSO4)垢的阻垢率采用EDTA絡(luò)合滴定法測(cè)得；BaSO4垢的阻垢率采用吸光度-濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)得。參照Q/SY 126-2007《油田水處理用緩蝕阻垢劑技術(shù)要求》，在未添加和分別添加不同含量PESA、EDTMPS、ATMP阻垢劑的溶液中，添加定量的CaCl2和Na2CO3(或Na2SO4)以反應(yīng)形成CaCO3，CaSO4沉淀，溶液在室溫下靜置一段時(shí)間后，用EDTA絡(luò)合滴定法測(cè)定上部澄清液中Ca2+含量，用吸光度-濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)定上部澄清液中Ba2+含量，以此結(jié)果計(jì)算PESA、EDTMPS、ATMP的阻垢率。

采用德國(guó)Bruker-AXS公司的D8 Advance型X射線衍射儀分析加入不同量的復(fù)配緩蝕阻垢劑后試片表面形成的CaCO3垢的XRD圖譜；采用S-4800型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡觀察并分析了CaCO3垢的SEM形貌。

1.2.2 緩蝕性能測(cè)定

將試片分別置于未添加和添加緩蝕(阻垢)劑的50 ℃試驗(yàn)溶液中48 h后取出，依次用去離子水、石油醚、無(wú)水乙醇進(jìn)行清洗、除污、脫脂，之后放入酸清洗液中浸泡約5 min，再放入60 g/L的氫氧化鈉溶液中浸泡30 s，再次進(jìn)行脫脂、脫水后，用電風(fēng)扇吹干，試片用濾紙包好后放入干燥器中存放約2 h后稱量，精確到0.1 mg。采用掃描電子顯微鏡觀察試片在含不同量緩蝕阻垢劑的溶液中腐蝕48 h后的表面形貌，參照SY/T 5273-2000《油田采出水用緩蝕劑性能評(píng)價(jià)方法》計(jì)算試片的腐蝕速率和緩蝕阻垢劑的緩蝕率，見(jiàn)式(1)和式(2)：

(1)

式中：v為均勻腐蝕速率mm/a；m，m1為試片腐蝕前后的質(zhì)量，g；S為試片的表面積，cm2；ρ為試片密度，g/cm3。

(2)

式中：η為緩蝕率,%；Δm0、Δm1分別為空白試驗(yàn)中與加藥試驗(yàn)中試片的質(zhì)量損失，g。

2　結(jié)果與討論

2.1單組分阻垢劑與單組分緩蝕劑的篩選

2.1.1 單組分阻垢劑對(duì)CaCO3垢的阻垢性能

由圖1可見(jiàn)，EDTMPS具有優(yōu)異的阻CaCO3垢性能，加入量為5 mg/L時(shí)，阻垢率就可以達(dá)到88%。但是，繼續(xù)增加EDTMPS的量并不能明顯提高其阻CaCO3垢性能。PESA與ATMP的阻垢性能明顯低于EDTMPS的，隨著藥劑加入量的增加，前期阻垢率的上升幅度較大，之后上升幅度趨緩。當(dāng)ATMP的加入量超過(guò)25 mg/L時(shí)，其對(duì)CaCO3垢的阻垢率呈現(xiàn)了平緩的趨勢(shì)，這也說(shuō)明了ATMP是甲叉膦酸型化合物，屬于膦系阻垢劑，主要是通過(guò)降低晶體生長(zhǎng)速率、同時(shí)促使晶格畸變而達(dá)到阻垢的目的，具有明顯的閾值效應(yīng)[11]，對(duì)CaCO3垢具有良好的阻垢效果。同屬于甲叉型化合物的EDTMPS在阻CaCO3垢時(shí)，理論上也應(yīng)該表現(xiàn)出閾值效應(yīng)[12]，但是其加入量較少時(shí)，就已經(jīng)達(dá)到較好的阻垢效果，所以繼續(xù)增加藥劑并不能明顯提高阻垢率，繼而上升趨勢(shì)并不明顯。當(dāng)PESA的加入量達(dá)到30 mg/L時(shí)，其對(duì)CaCO3垢阻垢率的增長(zhǎng)幅度并沒(méi)有下降，說(shuō)明PESA在阻CaCO3垢時(shí)主要表現(xiàn)出其對(duì)鈣離子的絡(luò)合增溶作用，要想達(dá)到較好的阻CaCO3垢效果，需要較大的加入量。

2.1.2 單組分阻垢劑對(duì)CaSO4垢的阻垢性能

由圖2可見(jiàn)，EDTMPS具有優(yōu)異的阻CaSO4垢性能，當(dāng)加入量為10 mg/L時(shí)，其阻垢率就可以達(dá)到93.3%。但是，繼續(xù)增加EDTMPS的量并不能明顯提高其阻垢性能，說(shuō)明EDTMPS對(duì)CaSO4的組垢性表現(xiàn)出了明顯的閾值效應(yīng)。這是因?yàn)镋DTMPS對(duì)CaSO4垢的阻垢機(jī)理主要為吸附機(jī)理，即優(yōu)先吸附在某些特定晶面的活性增長(zhǎng)位點(diǎn)上，阻止晶體的進(jìn)一步生長(zhǎng)，其吸附屬于 Langmuir 單分子層吸附，即在一定范圍內(nèi)阻垢率隨加藥量的增加而上升，當(dāng)加藥量達(dá)到某一個(gè)結(jié)點(diǎn)后， 阻垢率上升緩慢或基本處于一個(gè)相對(duì)變化不大的范圍內(nèi)[13]。ATMP與PESA對(duì)CaSO4垢的阻垢率明顯低于EDTMPS的。隨著藥劑加入量的增加，阻垢率均有所提高，當(dāng)藥劑加入量小于10 mg/L時(shí)，ATMP的阻垢性能優(yōu)于PESA的，但加藥量繼續(xù)增加，PESA的阻垢性能優(yōu)于ATMP的，且兩者的阻垢率上升幅度并沒(méi)有降低，說(shuō)明ATMP與PESA只有在加藥量較大時(shí)，才能對(duì)CaSO4垢起到良好的阻垢效果。

結(jié)合圖1和圖2可見(jiàn)，針對(duì)CaCO3垢和CaSO4垢，在同等條件下，與ATMP與PESA[14-15]兩種阻垢劑相比，EDTMPS的阻垢性能更優(yōu)異。因此，選擇EDTMPS為阻垢劑進(jìn)行復(fù)配。

2.1.3 單組分緩蝕劑的緩蝕性能

由表1可見(jiàn)，咪唑啉對(duì)A3鋼試片的緩蝕效果最好，其次是EDTMPS，三乙醇胺對(duì)A3鋼試片的緩蝕效果最差。當(dāng)A3鋼掛片與酸性介質(zhì)接觸時(shí)，咪唑啉可以在A3鋼掛表面形成單分子吸附膜，改變氫離子的氧化還原電位，同時(shí)絡(luò)合溶液中的某些氧化劑，以降低其電位，最終達(dá)到緩蝕目的[16-17]。三乙醇胺主要是作為酸性氣體的吸收劑，是一種水溶性緩蝕劑，且是一種吸附膜型緩蝕劑[18]。 EDTMPS是陰離子沉淀膜型緩蝕劑，沉淀膜覆蓋于陰極表面，將A3鋼試片與腐蝕介質(zhì)隔開(kāi)。在本試驗(yàn)條件下，EDTMPS的緩蝕率低于咪唑啉的,故選擇咪唑啉作為緩蝕劑進(jìn)行復(fù)配。

表1　試驗(yàn)溶液中分別加入50 mg/L緩蝕劑對(duì)A3鋼試片的緩蝕性能

2.2復(fù)配緩蝕阻垢劑配方的確定

將EDTMPS與咪唑啉進(jìn)行復(fù)配，EDTMPS與咪唑啉的質(zhì)量比分別為4∶1(A)、3∶1(B)、2∶1(C)、1∶1(D)、1∶2(E)、1∶3(F)、1∶4(G)。在試驗(yàn)溶液中加入30 mg/L緩蝕阻垢劑考察其阻CaCO3垢和CaSO4垢的性能；在試驗(yàn)溶液中加入60 mg/L緩蝕阻垢劑考察其阻BaSO4垢的性能;在試驗(yàn)溶液中加入50 mg/L B型緩蝕阻垢劑考察其緩蝕率，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2　EDTMPS與咪唑啉復(fù)配緩蝕阻垢劑的阻垢率與緩蝕率

由表2可見(jiàn)，隨著EDTMPS與咪唑啉質(zhì)量比的降低，復(fù)配緩蝕阻垢劑對(duì)CaCO3垢和CaSO4垢的阻垢性能均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。這是因?yàn)镋DTMPS與咪唑啉進(jìn)行復(fù)配測(cè)定其阻鈣垢性能時(shí)，主要是EDTMPS起到了阻垢作用，而EDTMPS是甲叉型化合物，在阻鈣垢時(shí)EDTMPS與Ca2+的螯合作用并不是按照化學(xué)計(jì)量比進(jìn)行的，即會(huì)產(chǎn)生閾值效應(yīng)。無(wú)論采用何種配比，其對(duì)CaSO4垢的阻垢性能均優(yōu)于對(duì)CaCO3垢的，且當(dāng)EDTMPS與咪唑啉的質(zhì)量比為3∶1和2∶1時(shí)，其對(duì)CaCO3垢和CaSO4垢的阻垢率都達(dá)到了90%以上。當(dāng)EDTMPS與咪唑啉的質(zhì)量比為2∶1時(shí)，復(fù)配緩蝕阻垢劑對(duì)BaSO4的阻垢率為38.6%，小于EDTMPS與咪唑啉質(zhì)量比為3∶1時(shí)的，且不符合Q/SY 126-2007《油田水處理用緩蝕阻垢劑技術(shù)要求》的標(biāo)準(zhǔn)。而EDTMPS與咪唑啉質(zhì)量比為3∶1時(shí)，此復(fù)配緩蝕阻垢劑對(duì)CaCO3的阻垢率為91.3%，對(duì)CaSO4的阻垢率為98.8%，對(duì)BaSO4的阻垢率為46.5%，緩蝕率為76.6%，腐蝕速率為0.058 mm/a，均符合Q/SY 126-2007《油田水處理用緩蝕阻垢劑技術(shù)要求》的標(biāo)準(zhǔn)。因此，復(fù)配緩蝕阻垢劑的最優(yōu)配方如下：EDTMPS與咪唑啉的質(zhì)量比為3∶1。

2.3復(fù)配緩蝕阻垢劑阻CaCO3垢性能的影響因素

2.3.1 藥劑量

由圖3可見(jiàn)，隨著復(fù)配緩蝕阻垢劑量的增加，其對(duì)CaCO3垢的阻垢率呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。這是因?yàn)樵黾訌?fù)配緩蝕阻垢劑的量，會(huì)有更多的阻垢劑分子與Ca2+螯合，這阻礙了CaCO3垢的形成[19]。但當(dāng)復(fù)配緩蝕阻垢劑的量大于10 mg/L時(shí)，阻垢率反而呈現(xiàn)平緩的趨勢(shì)，說(shuō)明此復(fù)配緩蝕阻垢劑在阻CaCO3垢時(shí)也出現(xiàn)了閾值效應(yīng)，同時(shí)也說(shuō)明在本試驗(yàn)條件下，阻垢劑在加入量為10 mg/L時(shí)就已經(jīng)和介質(zhì)中的Ca2+完全絡(luò)合并達(dá)到一種相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。加入極少量的復(fù)配緩蝕阻垢劑即可降低CaCO3垢的沉積速率，并且將部分Ca2+穩(wěn)定在介質(zhì)中，這主要是復(fù)配緩蝕阻垢劑阻止CaCO3晶體生長(zhǎng)的結(jié)果。復(fù)配緩蝕阻垢劑主要是從動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)阻礙沉積晶粒的生長(zhǎng)。由于降低了晶粒的生長(zhǎng)速率，從而減緩了介質(zhì)中的Ca2+含量下降速率，繼而介質(zhì)中的Ca2+含量就會(huì)相應(yīng)升高，甚至接近于未加入沉淀劑時(shí)的[20]。因此考察此復(fù)配緩蝕阻垢劑的影響因素時(shí)，選擇藥劑加入量為10 mg/L。

2.3.2 Ca2+含量

復(fù)配緩蝕阻垢劑加入量為10 mg/L，溫度為50 ℃，試驗(yàn)時(shí)間為16 h條件下，復(fù)配緩蝕阻垢劑對(duì)CaCO3垢的阻垢率隨溶液中Ca2+含量的變化曲線見(jiàn)圖4。

由圖4可見(jiàn)，隨著溶液中Ca2+含量的增多，復(fù)配緩蝕阻垢劑對(duì)CaCO3垢的阻垢率降低，且降低的趨勢(shì)也隨著溶液中Ca2+含量的增加而增大。這可能是Ca2+含量較低時(shí)，復(fù)配緩蝕阻垢劑中有足夠的帶負(fù)電性的分子鏈與Ca2+螯合，CaCO3在試驗(yàn)溶液中的溶解度增加，從而起到了阻垢的目的；當(dāng)Ca2+含量繼續(xù)增加時(shí)，復(fù)配緩蝕阻垢劑中沒(méi)有足夠的帶負(fù)電性的分子鏈與Ca2+螯合，CaCO3在試驗(yàn)溶液中的溶解度較Ca2+含量較低時(shí)會(huì)有一定程度的降低，因此，阻垢率隨之下降。這表明此復(fù)配緩蝕阻垢劑的鈣容忍度不高，在Ca2+含量較高的溶液中并不能完全適用。

2.3.3 溫度

復(fù)配緩蝕阻垢劑加入量為10 mg/L，溶液中Ca2+質(zhì)量濃度為266 mg/L，試驗(yàn)時(shí)間為10 h條件下，試驗(yàn)溫度對(duì)復(fù)配緩蝕阻垢劑阻CaCO3垢的影響見(jiàn)圖5。

由圖5可見(jiàn)，隨著試驗(yàn)溫度的升高，復(fù)配緩蝕阻垢劑對(duì)CaCO3垢的阻垢率降低?？赡苁且?yàn)殡S著溫度升高，復(fù)配緩蝕阻垢劑吸附于CaCO3晶核表面的能力下降，CaCO3在介質(zhì)中的溶解度降低，CaCO3垢的生成速率加快，而且垢層形成較快而且較厚，所以導(dǎo)致其阻垢率下降[21]。在不同試驗(yàn)溫度下，CaCO3垢晶體不同晶面的生長(zhǎng)速率會(huì)改變，導(dǎo)致晶體的形態(tài)也發(fā)生改變。在溫度較高時(shí)，CaCO3晶體一般呈現(xiàn)扁平狀;在溫度較低時(shí)，CaCO3晶體則會(huì)呈現(xiàn)細(xì)長(zhǎng)狀。當(dāng)溫度升高時(shí)，溫度主要對(duì)晶體的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致復(fù)配緩蝕阻垢劑的阻垢性能降低；也有可能由于當(dāng)溫度較高時(shí)，復(fù)配緩蝕阻垢劑中的有機(jī)膦酸EDTMPS容易水解，影響了 EDTMPS的阻垢效果，從而導(dǎo)致其阻垢效率下降[22]。

2.4復(fù)配緩蝕阻垢劑的緩蝕阻垢機(jī)理

2.4.1 阻垢機(jī)理

由圖6可見(jiàn)，未加復(fù)配緩蝕阻垢劑時(shí)，CaCO3垢XRD圖譜的最強(qiáng)衍射峰強(qiáng)度最高，說(shuō)明此時(shí)CaCO3垢的結(jié)晶度較高，其在生長(zhǎng)過(guò)程中是緊密有序增長(zhǎng)的。隨著復(fù)配緩蝕阻垢劑量的增加，CaCO3垢XRD圖譜的最強(qiáng)衍射峰強(qiáng)度逐漸降低，這是因?yàn)閺?fù)配緩蝕阻垢劑與鈣離子螯合，破壞了CaCO3垢的有序生長(zhǎng)，使得CaCO3垢發(fā)生了畸變，且緩蝕阻垢劑的加入量越大，與其進(jìn)行螯合的鈣離子含量就越高，生成的CaCO3硬垢量就越少。說(shuō)明復(fù)配緩蝕阻垢劑的加入破壞了CaCO3晶體生長(zhǎng)過(guò)程中的規(guī)則性及有序性，降低了CaCO3晶體的結(jié)晶度，從而有效地阻止了CaCO3垢的生長(zhǎng)。

由圖7可見(jiàn)，未添加復(fù)配緩蝕阻垢劑時(shí)，溶液中生成的CaCO3垢具有規(guī)則的立體形狀，說(shuō)明CaCO3晶體在生長(zhǎng)過(guò)程表現(xiàn)出規(guī)則性和有序性。加入復(fù)配緩蝕阻垢劑后，部分CaCO3晶體變成球狀，可能是因?yàn)榉肿恿枯^小的EDTMPS吸附在CaCO3晶粒的活性位點(diǎn)上，阻止其生長(zhǎng)的有序性，所以產(chǎn)生了畸變。隨著緩蝕阻垢劑量的增加，球狀CaCO3晶體逐漸變多，立體形狀的CaCO3晶體逐漸消失，CaCO3垢表面出現(xiàn)了許多凹陷的地方，繼而球狀CaCO3晶體變小，出現(xiàn)了絮狀結(jié)構(gòu)的軟垢，說(shuō)明復(fù)配緩蝕阻垢劑與介質(zhì)中的Ca2+發(fā)生了螯合作用，從而有效阻止了CaCO3垢晶體的生長(zhǎng)，使得CaCO3垢晶體在生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生畸變，硬垢變成了軟垢，易被水流沖走。

2.4.2 緩蝕機(jī)理

由圖8可見(jiàn)，未添加復(fù)配緩蝕阻垢劑時(shí)，A3鋼掛片表面腐蝕十分嚴(yán)重，腐蝕間隙深，腐蝕坑已經(jīng)連成一片，腐蝕溝壑較深。加入復(fù)配緩蝕阻垢劑后，A3鋼掛片表面的腐蝕狀態(tài)發(fā)生變化，腐蝕坑大量出現(xiàn)，且隨著藥劑量的增加，其表面腐蝕程度隨之降低，腐蝕坑變小，且腐蝕坑的數(shù)目逐漸減少;當(dāng)復(fù)配緩蝕阻垢劑的加入量達(dá)到60 mg/L時(shí)，試片表面幾乎看不到腐蝕坑，說(shuō)明加入復(fù)配緩蝕阻垢劑后，A3鋼掛片表面形成了連續(xù)緊密的保護(hù)性膜層，有效阻止了溶于介質(zhì)中的酸性氣體對(duì)A3鋼掛片表面的腐蝕作用。

3　結(jié)論

(1) 緩蝕阻垢率均隨藥劑加入量的增加呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，其中EDTMPS的阻垢性最好，咪唑啉的緩蝕性能最優(yōu)。

(2) 當(dāng)EDTMPS與咪唑啉的質(zhì)量比為3∶1時(shí)，復(fù)配緩蝕阻垢劑的緩蝕阻垢效果最優(yōu)。此復(fù)合緩蝕及對(duì)CaCO3的阻垢率為91.3%，對(duì)CaSO4的阻垢率為98.8%，對(duì)A3鋼的緩蝕率為76.6%。

(3) 復(fù)配緩蝕阻垢劑的加入破壞了CaCO3晶體的生長(zhǎng)，對(duì)CaCO3垢的形成起到了抑制作用。

(4) 復(fù)配緩蝕阻垢劑在A3鋼表面形成了致密的保護(hù)性膜層，有效抑制了酸性介質(zhì)對(duì)A3鋼表面的腐蝕。

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Performance of Corrosion and Scaling Inhibitors Prepared by Imidazoline and EDTMPS

WANG Jia-jia1, SHI Guo-jun1, JI Yan-juan1,2

(1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225002, China; 2. Petroleum Engineering Technology Research Institute of Jiangsu Oilfield Company, SINOPEC, Yangzhou 225009, China)

Through the static anti-scaling experiment, the scale inhibitor with excellent scale inhibition performance, ethylene diamine tetramethylene phosphonic acid sodium (EDTMPS), was screened out. At the same time, a imidazoline derivate with good corrosion inhibition was mixed with EDTMPS with a ratio of 1∶3 (wimidazoline∶wEDTMPS) and the mixture exhibited excellent performances for the inhibition of corrosion and scaling. Then its scale inhibition performances were investigated and the results showed that the scale inhibition rate to CaCO3was up to 91.3%, the scale inhibition rate to CaSO4was 98.8%, the scale inhibition rate to BaSO4was 46.5%, the anticorrosive rate achieved 76.6%. It was found that the scale inhibition efficiency of the optimal scale and corrosion inhibitor increased with the increase of the scale and corrosion inhibitor dosage, the decrease of Ca2+concentration and the decrease of temperature.

EDTMPS; imidazoline; corrosion and scale inhibition performances; mechanism of scale and corrosion inhibitor

10.11973/fsyfh-201607015

2015-08-10

石國(guó)軍(1974-),副教授,博士,從事油田化學(xué)相關(guān)研究，158061377693，gjshi@yzu.edu.cn

TG174.42

A

1005-748X(2016)07-0602-07