1.背景

酸化是油氣井增產(chǎn)和水井增注的重要措施，在石油工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。但酸化過程中所使用的酸液會對管線和設(shè)備都產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，還會對地層造成潛在的危害。為減輕酸液腐蝕，保證酸化施工的成功開展，最經(jīng)濟(jì)有效的方法是向酸化液中添加高效酸化緩蝕劑

。目前，我國使用的酸化緩蝕劑主要有季銨鹽、曼尼希堿和咪唑啉等幾大類。咪唑啉類緩蝕劑對鹽酸中碳鋼等有優(yōu)良的緩蝕性能，曼尼希堿緩蝕劑由于緩蝕性能良好，作為高溫條件下適用于濃鹽酸介質(zhì)的緩蝕劑倍受重視，是當(dāng)前緩蝕劑的研究熱點;曼尼希堿是一類性能優(yōu)良的緩蝕劑,在酸化作業(yè)中作為高溫濃鹽酸的緩蝕劑大量應(yīng)用。

隨著對酸用緩蝕劑的要求越來越高,常見的酸化緩蝕劑在高溫下存在易結(jié)焦、分層、溶解分散性不夠穩(wěn)定的缺點,可能會對地層造成進(jìn)一步的傷害；單一的曼尼希堿型緩蝕劑由于本身的分子結(jié)構(gòu)等問題,單獨使用時緩蝕很難達(dá)到理想的效果;目前酸化緩蝕劑的研究發(fā)展方向是研制新型、環(huán)境友好、抗高溫耐濃酸的長效緩蝕劑復(fù)配體系；國內(nèi)相關(guān)專家開發(fā)的高溫酸化緩蝕劑主要是多組分緩蝕劑配以增效劑復(fù)配而成,尤其是胺類、季銨類及炔醇類復(fù)配緩蝕劑應(yīng)用較多,以期達(dá)到高性能和多功能的目的。
禾川化學(xué)專業(yè)從事酸化緩蝕劑配方分析，配方開發(fā)，為酸化緩蝕劑相關(guān)企業(yè)提供一站式技術(shù)服務(wù)。

2.高溫酸化緩蝕劑

2.1酸化緩蝕劑概述

緩蝕劑分低溫(<104℃)和高溫(<178℃或更高)兩類.低溫緩蝕劑通常為有機物,包括含:氮化合物（伯胺、仲胺、叔胺、季胺、炔氧甲基胺和雜環(huán)芳香含氮化合物（如嘧啶、喹啉、異喹啉及其衍生物）等，其中以季銨、曼尼希堿和雜環(huán)芳香含氮化合物應(yīng)用多且效果好；、氯化合物、含硫化合物、炔醇化合物（丙炔醇、丁炔醇、己炔醇、和辛炔醇）、醛類（甲醛和肉桂醛）、酮類（α-鏈烯基苯酮）、醇類等親油化合物和表面活性劑等；高溫緩蝕劑在成分上類似低溫緩蝕劑,只是加入了增強劑,增強劑有甲酸及其衍生物、酸溶性碘鹽及酸溶性銅鹽、銻鹽、鉍鹽和汞鹽；

酸化緩蝕劑在石油開采中具有舉足輕重的作用,它的研究開發(fā)是酸化增產(chǎn)技術(shù)能否成功進(jìn)行的關(guān)鍵因素之一；酸化緩蝕劑大多在鹽酸和土酸溶液中應(yīng)用,在乳化液、泡沫酸、稠化(膠凝)酸、超(微)乳化酸、固體酸和有機酸方面應(yīng)用的品種很少.高溫酸化緩蝕劑中大多數(shù)含有炔醇化合物；目前，國內(nèi)酸化緩蝕劑的主要成分為:醛、酮、胺縮合物;咪哇琳衍生物;毗咤、喳琳季按鹽;雜多胺;復(fù)合添加增效劑,如甲醛、炔醇等;高分子聚合物。其中,以醛、酮、胺縮合物和毗嚨、哇琳季按鹽兩種物質(zhì)為主制備的緩蝕劑及其復(fù)配物在生產(chǎn)中應(yīng)用較多；目前，常用的酸化緩蝕劑主要有7461、7701、HQ-01(烷基吡啶和喹啉類的季銨鹽),7801、CT1-3、SD1-3(酮醛胺縮合物),7812、IMC-80-5(炔醇和有機胺化合物)、IS-129(咪唑啉類)等。

2.2高溫酸化緩蝕機理

高溫酸化緩蝕劑的緩蝕機理可以通過吸附理論來解釋。為了形成致密穩(wěn)定的吸附層,首酸化緩蝕劑主產(chǎn)物分子中的多個吸附中心(如N、O等元素)向金屬表面提供孤對電子,形成配位鍵化合物吸附在無氧化膜存在的裸露金屬表面;然后,分子中的非極性基團(tuán)平鋪在金屬表面上,形成較完整的疏水保護(hù)層,從而在酸液與金屬間形成一道屏障,阻止了腐蝕產(chǎn)物鐵離子向溶液中擴(kuò)散和溶液中的H+移向金屬的腐蝕反應(yīng)過程,使腐蝕反應(yīng)速度變慢,達(dá)到了金屬緩蝕的目的。

2.3高溫酸化緩蝕劑常見組分

2.3.1季銨鹽類化合物

季銨鹽類化合物是一類廣泛使用的吸附性酸化緩蝕劑，常用作高溫酸化緩蝕劑的主劑。在酸性水溶液中這類化合物可以完全解離成帶正電的季銨陽離子和鹵素陰離子。季銨陽離子可以在金屬表面的陰極區(qū)發(fā)生物理吸附，即季銨陽離子和酸液中帶負(fù)電荷的金屬表面產(chǎn)生靜電吸附，對氫離子放電有很大的影響，可以有效阻止H+接近金屬表面，從而抑制H+的還原反應(yīng)，對陰極反應(yīng)有抑制作用。另外喹啉季銨鹽分子中含有未共用電子對的N元素，這些元素可與金屬表面配位結(jié)合，形成牢固的化學(xué)吸附層，提高了鋼在腐蝕介質(zhì)中的陽極反應(yīng)的活化能，從而降低了陽極的腐蝕速率。而季銨鹽中的Cl對鐵的緩蝕有一定的協(xié)同作用，促使有機陽離子吸附在金屬表面而形成穩(wěn)定的保護(hù)膜。其疏水的非極性基遠(yuǎn)離金屬表面作為定向排列，有效阻止了腐蝕產(chǎn)物鐵離子向溶液中的擴(kuò)散和溶液中的氫離子向金屬的腐蝕反應(yīng)過程遷移。另外喹啉季銨鹽中含有稠環(huán)結(jié)構(gòu)，稠環(huán)上有較大的電子總離域能，增強了其與金屬原子的配位作用，因此在金屬表面形成的吸附膜更牢固，緩蝕效果更好；

1)曼尼希堿

曼尼希堿是一種螯合配位體，其配位原子的孤對電子進(jìn)入Fe3+的雜化空軌道形成配位鍵，發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，生成穩(wěn)定的環(huán)狀螯合物吸附在金屬表面，形成穩(wěn)定的疏水保護(hù)膜，從而阻止腐蝕產(chǎn)生的Fe3+向溶液中擴(kuò)散，以達(dá)到金屬緩蝕的目的。通過在分子結(jié)構(gòu)中引入含孤對電子雜環(huán)和芳環(huán)，不僅提高配位原子的吸附能力，還可以在金屬表面形成π鍵吸附，進(jìn)一步提高其緩蝕性能,常用作酸化緩蝕劑的主劑。

2.3.2增效劑

增效劑是通過與緩蝕劑的協(xié)同效應(yīng)來增強緩蝕效果的。常見增效劑是一種炔醇，炔醇分子中的炔鍵可以與腐蝕過程中的新生氫發(fā)生加氫反應(yīng),叁鍵被還原成雙鍵,并在金屬表面發(fā)生聚合。炔醇在金屬表面可以形成厚40um的沉積膜,緩蝕劑則在金屬表面形成吸附膜。這樣在金屬表面則可以形成致密的多層保護(hù)膜；

季銨鹽與炔醇互配后，緩蝕劑效果大大增加。這可能是因為季銨鹽緩蝕劑在與炔醇互配后，炔醇可將吸附在鋼鐵表面的季銨鹽緩蝕劑分子存在的空隙覆蓋，在鋼鐵表面形成一層完整、致密的吸附膜，抑制鋼鐵的腐蝕。隨著復(fù)配物炔醇加量的增大，腐蝕速度下降，符合金屬腐蝕速率隨緩蝕劑增加而遞減的一般規(guī)律。在炔醇加量為15%的條件下，緩蝕率達(dá)99.91%。從緩蝕劑的效率，兼顧復(fù)配方用量消耗，常采用季銨鹽緩蝕劑與12%的炔醇復(fù)配物作為優(yōu)化緩蝕劑的配方。

2.3.3非離子表面活性劑

非離子表面活性劑加量為緩蝕劑總量的2%時,腐蝕速度最小。非離子表面活性劑在緩蝕劑中主要起分散作用,同時它本身也具有在鋼片表面吸附的能力,表面活性劑與主劑在金屬表面形成吸附競爭,同時表面活性劑還存在洗滌的作用。因此,當(dāng)表面活性劑用量增加時,其緩蝕效果變差。而表面活性劑用量小于2%時,又不能使主劑在鹽酸溶液中很好的分散,因此選擇2%為表面活性劑的最佳用量。高溫酸化緩蝕劑常用非離子表面活性劑是壬基酚聚氧乙烯醚、乙醇聚氧乙烯醚及聚氧乙烯基胺的一種或幾種的混合物。

2.4高溫酸化緩蝕劑性能評估

采用靜態(tài)失重法評價,參照中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5405-1996《酸化用緩蝕劑性能實驗方法及評價指標(biāo)》。常壓、溫度低于90℃，將處理好的試片放入恒溫沒有加和加有一定量緩蝕劑的酸溶液中，酸液加量為20mL/cm2試片表面積，放置4h，取出，清洗，干燥、稱量，計算腐蝕速率和緩蝕率。

2.5高溫酸化緩蝕劑的應(yīng)用

高溫酸化緩蝕劑主要用在3種高溫酸液體系中:

1)膠凝酸體系:20%HCl+2.5%JN-2膠凝劑+2%HS-6緩蝕劑+1%FB-1助排劑+1%LT-5鐵離子穩(wěn)定劑+0.5%PR-7破乳劑;

2)乳化酸體系:酸相(28%HCl+2%HS-6緩蝕劑+1%FB-1助排劑+1%LT-5鐵離子穩(wěn)定劑),油相(0號柴油+2%NT-18乳化劑)油酸比為3:7;

3)表面活性酸體系:20%HCl+4%HX表面活性劑+1%DN-1表面活性劑+2.5%HS-6緩蝕劑+1%LT-5鐵離子穩(wěn)定劑;其與高溫膠凝劑、高溫乳化劑、活性劑及其它酸液添加劑配伍性較好

2.6高溫酸化緩蝕劑參考配方

以上技術(shù)資料是借鑒近幾年出版文獻(xiàn)專利資料，僅供技術(shù)交流，知識點分享，不作商業(yè)推廣，如需了解最新酸化緩蝕劑配方技術(shù)聯(lián)系我中心400-660-8959