收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

油田钻具、管道系统腐蚀规律及缓蚀剂缓蚀性能和机制研究

刘福国  
【摘要】: 油田钻具和管道系统腐蚀是油田工程中普遍存在的问题。钻具的腐蚀主要源自于钻井液中的氧气、各种离子及温度等。管道的腐蚀最主要是因为输送的流体中含有CO_2,尤其是在高温和高压下,CO_2腐蚀更严重。 根据钻井液的组成成分,选择十种盐水钻井液常用的单一盐(NaCl、KCl、CaCl_2、MgCl_2、ZnCl_2、NaBr、CaBr_2、ZnBr_2、CHOONa和CHOOK)和复合盐作为研究对象,分析单一盐和复合盐对钻具钢(G105)的腐蚀机理。结果表明:腐蚀速率随着盐浓度的增加而降低,G105钢在无机盐中的腐蚀速率大于有机盐的腐蚀速率。在无机盐中, ZnBr_2溶液中腐蚀速率最大;CaBr_2溶液和NaCl溶液中的腐蚀速率都较小。ZnBr_2和ZnCl_2溶液中主要发生的阴极反应为氧和H~+的去极化反应。溶解氧含量基本随盐浓度增加呈线性降低。瞬时腐蚀速率表明G105钢在各种单一盐中的腐蚀产物膜对腐蚀速率基本没有影响。 复合盐中各种离子及温度是影响腐蚀速率最重要的因素,所以采用拉丁正交实验研究离子和温度对腐蚀速率的影响。拉丁正交实验表明:Cl~-对腐蚀速率影响最大,温度次之,而Br-对腐蚀速率的影响最小,Ca~(2+)对腐蚀速率的影响较Mg~(2+)稍大。G105钢在复合盐水中腐蚀速率最低的配方为:温度40°C、5mol/LCl~-、0.04mol/LCa~(2+)、0.008mol/LMg~(2+)、0.016mol/LBr-,此时腐蚀速率为0.0197g/m~2·h(0.022mm/a)。拉丁实验中1、2、10号实验腐蚀产物主要为β-FeOOH。 根据地层特性和钻井深度的要求,复合盐钻井液中常采用加入ZnBr_2增加复合盐的密度。采用失重实验研究了G105钢在复合盐中加入不同量ZnBr_2的腐蚀规律。结果表明G105钢在不同密度复合盐中的腐蚀速率随着密度的增加先降低再增加;随着温度的增加而增加。 添加缓蚀剂是抑制腐蚀的一种有效、经济的防护措施。60℃时缓蚀剂QA在复合盐水钻井基液中缓蚀剂浓度为200mg/L时对G105钢缓蚀率为94%。QA对阴、阳极反应都有抑制,腐蚀电位负移,对阳极极化Tafel斜率影响较大,而阴极极化曲线Tafel斜率没有发生明显变化。 80℃四元和五元复配缓蚀剂对G105钢在23.7%NaCl溶液中缓蚀率都达到80%以上。四元缓蚀剂对阴、阳极极化Tafel斜率的改变都较大,尤其是阳极极化Tafel斜率,复配缓蚀剂是以控制阳极反应为主的混合型缓蚀剂。四元缓蚀剂在不同浓度时的作用类型发生改变。五元复配缓蚀剂主要是控制阳极反应为主的混合型缓蚀剂,缓蚀率随着缓蚀剂浓度的增加而增加。 在中性溶液中QA、四元和五元缓蚀剂有较好的缓蚀性能,而抑制CO_2腐蚀应用最广且效果较好的是咪唑啉类缓蚀剂。失重法和电化学方法表明自制两种咪唑啉缓蚀剂(HSJ-1和HSJ-2)对管道钢(Q235)在饱和CO_2盐水中都有优异的缓蚀性能,缓蚀率都随着温度和缓蚀剂浓度增大而增大。在相同的缓蚀效果下,缓蚀剂HSJ-2的用量(摩尔浓度)更低。两种缓蚀剂都使腐蚀电位变化不大,都对阴、阳极极化Tafel斜率的影响比较大。缓蚀剂HSJ-2的缓蚀率稍好于HSJ-1,HSJ-2出现缓蚀剂脱附现象,298K和328K时两种缓蚀剂作用方式是几何覆盖效应。 缓蚀剂HSJ-1和HSJ-2在Q235钢上的吸附符合Frumkin吸附等温式。对于HSJ-1,Frumkin吸附等温式(kc=(θ/(1-θ))EXP(-fθ))中吸附平衡常数k值在20000左右,f值在2.4~2.8之间;而对于HSJ-2,采用matlab拟合得到k在46000和63000之间, f在2左右,采用最小二乘法计算结果相差较大,k值在35000左右,f值在2.4~2.9。HSJ-2的吸附平衡常数(k)大于HSJ-1的吸附平衡常数,HSJ-2吸附反应(Fe+HSJ(缓蚀剂)(?) Fe(HSJ)ads)比HSJ-1更倾向于向右移动,故HSJ-2的缓蚀效果稍好。缓蚀剂之间是相互吸引的。两种缓蚀剂的吉布斯自由能(ΔGoads)均为负值。 分子动力学模拟表明两种咪唑啉类缓蚀剂分子以咪唑啉环和杂原子与Fe表面发生相互作用,HSJ-1的烃基链与金属面平行,而HSJ-2的烃基链大致与金属面垂直。 表面技术分析表明298K下Q235钢在饱和CO_2盐水中腐蚀产物主要成分为γ-FeOOH、FeCO_3、Fe_3O_4;而在328K时腐蚀产物主要成份为FeCO_3、Fe_3O_4和Fe_2O_3。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 沈长寿;钻井液抗氧缓蚀剂CT2-13在川东气田的应用[J];石油与天然气化工;2001年01期
2 赵荣;谢立志;高学胡;张宝玉;李莉;;小井眼钻井施工技术分析[J];长江大学学报(自然科学版);2011年07期
3 唐善法,付绍斌,童伏松,张琦,马成发,钟树德;复合盐防腐钻井液的研制与现场应用[J];钻井液与完井液;1997年05期
4 周正仁;高密度无固相泥浆及其缓蚀剂[J];石油与天然气化工;1991年02期
5 陈浩;宋周成;王晓萍;李悦钦;马廷霞;;方钻杆旋塞阀的失效分析[J];天然气工业;2007年12期
6 郑家燊;赵景茂;孙娈芬;赵淑华;;高含硫钻井液缓蚀剂的合成及性能研究[J];石油学报;1992年01期
7 ;钻井液缓蚀剂室内评价方法研究[J];石油与天然气化工;1995年04期
8 闫天亮,李建波,赵继军,杨忠清;DPI-2型缓蚀剂在华北油田的应用[J];钻井液与完井液;1999年02期
9 徐群杰;黄诗俊;;铜镍合金耐蚀性影响的研究进展[J];上海电力学院学报;2007年02期
10 ;用缓蚀剂控制高浓度H_2S钻井液腐蚀[J];石油与天然气化工;1994年02期
11 王均;蒲晓林;龙芝辉;王刚;;新型钻井液用除硫剂对钻具的腐蚀实验评价[J];钻井液与完井液;2010年03期
12 唐善法,傅绍斌,程满福,童伏松,马成发,张琦,钟树德;复合盐水钻井液缓蚀剂DFP的研制及应用[J];油田化学;1997年02期
13 万里平,孟英峰,梁发书,梁红;欠平衡钻井中钻具的腐蚀与磨蚀[J];西部探矿工程;2004年04期
14 傅朝阳,郑家燊,姚安林,李健;钻井液中45钢的腐蚀疲劳敏感性[J];华中理工大学学报;1999年06期
15 石福花;王秀通;于建强;侯保荣;;盐酸溶液中胺醛缩聚物对Q235钢的缓蚀性能影响[J];腐蚀科学与防护技术;2011年02期
16 沈长寿,熊楚才,黄红兵;钻具抗氧缓蚀剂的研究[J];钻井液与完井液;1994年04期
17 辜志俊,苏方腾,王周成;缓蚀剂在阴极电泳涂装中的应用[J];材料保护;1994年08期
18 郭稚弧;;3%NaCl溶液中碳-铜接触腐蚀及其缓蚀剂的研究[J];材料保护;1993年02期
19 闫建忠,梁成浩;油溶性缓蚀剂协同机理及其研究进展[J];四川化工;1997年01期
20 方慧,潘小镛;缓蚀剂PF-Ⅰ在加重盐水钻井液中的应用[J];钻井液与完井液;1997年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谷坛;杨仲熙;肖雪兰;唐永帆;刘志德;;气液两相缓蚀剂在油气田开发中的应用[A];第二届石油石化工业用材研讨会论文集[C];2001年
2 祝鸿范;周浩;蔡兰坤;张东曙;;复配银缓蚀剂及其电化学性能的比较研究[A];中国文物保护技术协会第二届学术年会论文集[C];2002年
3 浦琮;陈月辉;李善君;周伟舫;;缓蚀剂对集成电路环氧塑封料耐蚀性影响的研究[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年
4 张玉芳;路民旭;李鹤林;朱雅红;白真权;;硫代磷酸酯缓蚀剂在金属表面成膜行为研究[A];第二届石油石化工业用材研讨会论文集[C];2001年
5 杨文忠;陈云;唐永明;刘瑛;尹晓爽;;一种噻吩唑类化合物对铜的缓蚀作用研究[A];第五届全国水处理化学品行业年会论文集[C];2009年
6 李建华;赵冰;杜荣归;林昌健;;不同缓蚀剂对钢筋的阻锈作用研究[A];2006年全国腐蚀电化学及测试方法学术会议论文集[C];2006年
7 宋诗哲;万小山;郭英;尹波;张德华;顾国英;李睿;武旭东;;磁阻法腐蚀监/检测技术应用研究[A];2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
8 孙立明;;盐水介质A_3碳钢缓蚀剂的研究[A];第九届全国化学工艺学术年会论文集[C];2005年
9 王利华;刁鹏;张琦;;具有不同功能基团的硫醇类自组装单分子膜对铜缓蚀效果的研究[A];2006年全国腐蚀电化学及测试方法学术会议论文集[C];2006年
10 刘志培;;溴化锂溶液的缓蚀性分析及其现场调整[A];上海市制冷学会一九九九年学术年会论文集[C];1999年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘福国;油田钻具、管道系统腐蚀规律及缓蚀剂缓蚀性能和机制研究[D];中国海洋大学;2008年
2 胡茂焱;钻井液设计系统的研究[D];中国地质大学(北京);2005年
3 余会成;6063铝合金三价铬化学转化膜的制备及性能研究[D];中南大学;2009年
4 陈礼仪;泡沫及泡沫钻进技术的理论与实践[D];成都理工大学;2004年
5 田洪祥;内燃机冷却液缓蚀剂的应用研究[D];武汉理工大学;2005年
6 王在明;超临界二氧化碳钻井液特性研究[D];中国石油大学;2008年
7 万里平;空气钻井中钻具腐蚀与防护及其机理研究[D];西南石油学院;2004年
8 冯媛媛;铁表面自组装含氮杂环化合物、卟啉类和烷基胺类分子膜的研究[D];山东大学;2007年
9 杨旭;镁合金表面有机转化膜的制备及性能研究[D];重庆大学;2009年
10 张哲;贵金属纳米粒子及咪唑类化合物在铁表面自组装膜的研究[D];山东大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 侯彬;饱和盐水钻井液缓蚀剂研究[D];南京工业大学;2003年
2 郝彬彬;抗高温高密度无固相完井液研究[D];大庆石油学院;2009年
3 单江涛;磺化钻井液中钻具腐蚀机理和缓蚀剂的研究[D];南京工业大学;2004年
4 王献群;唑类有机化合物的合成及其在碳酸氢钠介质中对铜缓蚀性能的研究[D];新疆大学;2007年
5 周应华;大陆科学钻探钻井液体系研究——新型甲酸盐无固相钻井液体系研究[D];成都理工大学;2002年
6 彭商平;合成基钻井液研究[D];西南石油学院;2004年
7 彭建伟;大庆油田水平井水基钻井液体系研究[D];大庆石油学院;2004年
8 赵昀;咪唑啉型缓蚀剂的合成及其缓蚀行为研究[D];北京化工大学;2006年
9 刘艳霞;咪唑啉类缓蚀剂的制备及其缓蚀性能研究[D];大连交通大学;2006年
10 张海青;硅酸盐钻井液防塌性能试验研究[D];吉林大学;2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 马献珍;大牛地气田水平井有了好用的钻井液[N];中国石化报;2009年
2 特约记者 刘君启 通讯员 仲凌云;专业化打造“泥浆”旗舰[N];中国石油报;2009年
3 周泽山;“三低”钻井液助力气体钻井提速[N];中国石油报;2007年
4 晨澜;深入地下的“眼睛”[N];中国石化报;2008年
5 任厚毅;胜利油田钻井液质量监督工作全面展开[N];中国石化报;2010年
6 特约记者 刘君启;逆水行舟用力撑[N];中国石油报;2009年
7 特约记者 仲凌云 通讯员 刘洪涛 董大康;长城钻探钻井液助MIS项目完工[N];中国石油报;2010年
8 特约记者 王玉平 顾锦龙;节约,是为了更好发展[N];中国石油报;2010年
9 特约记者 仲凌云;用好“三原色” 构筑“绿色长城”[N];中国石油报;2009年
10 特约记者  许忠 韩建栋 通讯员 杨万成;吐哈“火焰山”牌钻井液助剂首出国门[N];中国石油报;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978