应用电化学课程论文

上海大学2013 ～2014学年冬季学期研究生课程考试

课程名称：应用电化学课程编号：01SAJ9015

论文题目:盐酸体系中N80钢上缓蚀剂的研究进展

研究生姓名: 何金梅学号: 13720162

论文评语:

成绩: 任课教师: 袁安保

评阅日期:

注：后接研究生小论文，格式参照公开发表论文的样式。

盐酸体系中N80钢上缓蚀剂的研究进展

摘要：N80钢广泛应用于石油工业中，但是在油井酸化中常被HCl腐蚀。本文首先介绍了缓蚀剂的定义、分类和缓蚀性能影响因素，详细介绍了温度、浓度、PH 值对缓蚀剂缓蚀性能的影响情况。我们重点介绍了盐酸体系中N80钢上各类缓蚀剂的研究情况，主要包括含氮、氧、硫元素的缓蚀剂和两类新型缓蚀剂，即表面活性剂缓蚀剂和植物型缓蚀剂。本文最后做了总结和展望。

关键词：N80钢；缓蚀剂；盐酸；展望

The Research Progess of Corrosion Inhibitor on N80 Steel in Hydrochloric Acid System

Abstract: The N80 steel is widely used in petroleum industry, but it gets corroded by hydrochloric acid during the acidifying process of oil well. This review firstly introduces the definition, classification and inhibition influence factors of inhibitors, we details the influences of temperature, concentration and PH value on corrosion inhibitor property. We highlight the recent research progress of corrosion inhibitor on N80 steel in hydrochloric acid system, mainly including the corrosion inhibitors with nitrogen, oxygen, sulfur atom and two kind of new type corrosion inhibitors, namely surfactant inhibitors and plant type inhibitors. We make a conclusion and prospect in the end of the review.

Key Words: N80 steel；corrosion inhibitors；hydrochloric acid；prospect

1.0引言

N80钢在石油工业中广泛应用于石油套管、运输管道等设备中。石油套管是石油钻探用的重要器材，石油井钻探主要用于钻井过程中和完井后对井壁的支撑，以保证钻井过程的进行和完井后整个油井的正常运行。

随着我国经济的飞速发展,对石油需求不断增加,而我国油气资源勘探和开发面临诸多问题,油气资源不能满足生产生活需要。油井酸化是一种重要的促进原油增产的技术，目前在油井酸化施工中常用酸液为盐酸。通常的操作方法是将15%～28%的盐酸作为一种溶液压入油井中,以便打开油藏附近的空隙通道,目的是增加原油的流动。因此HCl对油管及套管材料N80钢的侵蚀已成为现场一个不容忽视的问题，已引起了人们的关注。为了减少酸对油管及套管材料N80钢的侵蚀,在酸化操作过程中需要在酸液中添加缓蚀剂。加缓蚀剂保护是一种被广泛应用的方法。这种方法具有用量少，加药设备简单，容易实施等优势，而且其防腐蚀效果也能得到保证。因此针对油气田腐蚀环境的特点，寻找适合于该环境的缓蚀剂，对于油气田油管及套管材料的防腐，具有重要的意义。

从上世纪七十年代开始,我国石油工业进入迅猛发展时期。通过学习国外先进的工艺技术,采用高浓度、大酸量的盐酸溶液对油气田进行压裂酸化,油气井稳产增产效果显著,原油和天然气的产值逐年大幅上升。油井酸化缓蚀剂的研究迅速发展壮大,开发出一批较好的产品,如7461-102、7701、IMC等数十个品种和近百个现场配方,初步解决了我国陆地和海上油田油井的酸化问题。近年来酸化缓蚀剂的研究有了较大发展,研制成功了HCM型油气井浓盐酸酸化缓蚀剂和高温缓蚀剂。通常情况下,在所有现有的各种组分中,炔醇因其商业价值和实用效果被广泛应用于酸化缓蚀剂。但是,这类缓蚀剂也有其缺点和不足:它们仅在高浓度条件下才是有效的;它们自身具有非常大的毒性,导致装卸困难和废弃物问题;而且它们在酸化操作条件下产生有毒挥发性气体。正是考虑到炔醇存在着这些不利因素,我们有必要研制开发新的酸化缓蚀剂[1]。

2.0缓蚀剂概述

2.1缓蚀剂的定义

根据美国试验与材料学会《关于腐蚀和腐蚀术语的标准定义》(ASTM-G15-76)，缓蚀剂是一种以适当的浓度和形式存在于环境介质中时，可以防止或减缓材料腐蚀的化学物质或复合物[5]。

2.2缓蚀剂的分类

由于缓蚀剂的种类繁多,应用广泛,及其机理的复杂性,因而时至今日,想要研究出一种既能将不同的缓蚀剂分门别类,又能反映出其内在结构特征和作用机理的分类方法,较为困难。一般地,缓蚀剂可以依据化学组成,缓蚀机理,成膜特征等的不同而分成不同的种类。

按照缓蚀机理可以分为阳极抑制型,阴极抑制型和混合抑制型。阳极抑制型缓蚀剂,是在金属表面生成一层很好的氧化膜从而抑制金属的腐蚀。阳极型缓蚀剂能增加阳极极化,使腐蚀电位正移。阴极抑制型缓蚀剂,亦称为阴极去极化型缓蚀剂,一般是指带正电的阳离子向阴极迁移,在阴极表面上生成一层沉淀膜,起到隔离介质的作用,从而抑制了金属的腐蚀。它会使阴极极化曲线的斜率变小,也即金属离子在溶液中更容易被还原,从而减缓了金属的腐蚀。而与阳极抑制型缓蚀剂不同,阴极抑制型缓蚀剂在剂量不足时不会导致腐蚀加速。混合型缓蚀剂是指能同时对腐蚀反应的阴极和阳极反应起混合抑制作用的缓蚀剂。在混合型缓蚀剂的作用下,体系的腐蚀电位变化较小,但阴极和阳极极化曲线的斜率同时增大,且腐蚀电流降低很多。

按照化学成分分,可以将缓蚀剂分为有机缓蚀剂和无机缓蚀剂。有机缓蚀剂的缓蚀机理主要是通过在金属表面形成吸附膜来抑制腐蚀。无机缓蚀剂与有机缓蚀剂相比,前者的种类少,而且要求浓度比较高才能有较好的缓蚀效果。其作用机理一般是通过在金属表面阴极区形成沉淀膜或使金属表面氧化而生成钝化氧化物膜在以抑制腐蚀反应的进行。

按成膜特征分根据缓蚀剂成膜特征的不同,可将缓蚀剂分为氧化膜型缓蚀剂、沉淀膜型缓蚀剂和吸附膜型缓蚀剂。氧化膜型缓蚀剂分为具有氧化性和无氧化性两种类型。前者能以体系介质中的溶解氧或其本身为氧化剂,在金属的表面生成极薄且较为致密的保护性钝化膜,使金属在介质中溶解的过程受阻,从而起到缓蚀的作用。而与前者相异,一些缓蚀剂本身不具有氧化性,或介质中溶解氧较少,其缓蚀机理则是吸附在金属表面,并抑制电化学腐蚀的阳极过程,使金属的腐蚀电流变小,腐蚀电位进入钝化区,此时金属表面亦能形成一层钝化膜,减缓金属腐蚀。沉淀膜型缓蚀剂是指缓蚀剂之间或与介质通过化学反应,在金属表面生成沉淀膜,以阻碍金属的腐蚀。沉淀膜的生成可由缓蚀剂之间的相互反应,也可由缓蚀剂和腐蚀介质中的金属离子反应生成,所生成的