油田酸化缓蚀剂现状与发展趋势

油田酸化缓蚀剂现状与发展趋势

丁杰

中国石化胜利油田分公司石油工程技术研究院 山东省东营市 257000

摘要：石油及天然气开采过程中涉及到的地面和地下设备大都是金属材质。而具有一定浓度酸液的使用直接导致金属材料的腐蚀。腐蚀会大大缩短金属材料的使用寿命，增加作业成本，进而造成经济损失及有效资源的浪费。作业施工设备受腐蚀后，会进一步导致施工风险增加，作业人员生命安全无法保障。如何有效减少油井酸化过程中的酸液腐蚀问题一直是国内外研究者关注的重点。常规的防腐措施主要有在金属表面涂覆防腐镀层、对金属做阴极保护，或者进行材料升级以及添加缓蚀剂。相比之下，添加缓蚀剂最为便捷有效。它能够在用量很少的情况下，便有效地降低环境介质对金属材质的腐蚀速率。基于此，本文对油田酸化缓蚀剂现状与发展趋势进行深入研究，以供参考。

关键词：油田酸化缓蚀剂现状;发展趋势

引言

在油气田开采过程中，常常需要通过酸化来达到增产增注的目的，但在提高采收率的同时也大大加快了油气田设备和管道的腐蚀，缩短了它们的使用寿命。目前，向酸化体系中加入酸化缓蚀剂是解决这一问题最经济有效的方法，其操作简单、成本低廉、适用性强，已被各大油气田广泛应用。因此，研究环保高效的酸化缓蚀剂对油气田开采具有重要意义。

1酸化缓蚀剂缓蚀机理

缓蚀剂的作用机理目前比较系统成型的理论有吸附理论、成膜理论、电化学理论以及软硬酸碱理论。电化学理论主要是通过缓蚀剂对阴阳极的抑制阻止或者降低电化学反应来实现。吸附理论分为物理吸附和化学吸附，物理吸附是缓蚀剂分子依靠静电相互作用于金属表面通过范德华力相互结合，这个过程受外界环境影响较少，但是容易受到金属表面电荷的影响，化学吸附是通过缓蚀剂分子中含有的未共用电子对元素如S、O、N等与含有空电子轨道的过渡族金属配合形成。化学吸附相比于物理吸附更容易受外界环境因素影响，需要的吸附热更高，并且缓蚀剂与金属表面发生了化学变化。成膜理论认为缓蚀剂分子与金属通过络合、界面反应等方式在金属表面形成一层不溶的缓蚀剂膜，阻止了金属表面与外界腐蚀环境的接触，抑制腐蚀的发生。对于酸化缓蚀剂，软硬酸碱理论解释的是，对于金属的腐蚀，铁原子在不同的酸中的得失电子速度不同，即分为软酸以及硬酸，在软酸中铁不易得电子，如果我们研发出针对软酸环境的软碱缓蚀剂，则软软结合，二者容易相互作用，形成以上的吸附作用或者成膜作用，起到缓蚀作用，对于腐蚀产物是高价铁元素时，如在一些强酸溶液中，铁原子的得电子能力比较强，这时我们加入一些适当的官能团如含氧原子的基团与其形成沉淀膜或者是和金属的表面结合，这样就能达到缓蚀的作用。另外酸化缓蚀剂中常常含有的一些半径较小的离子元素，穿透能力强，容易与铁的原子离子配位产生协同作用，是解决酸化操作带来的腐蚀问题一种有效方法。

2油田酸化缓蚀剂现状分析

2.1国内酸化缓蚀剂的主要研究进展情况

2.1.1曼尼希碱类缓蚀剂

曼尼希碱分子是一种螯合配位体，它具有多个吸附中心（氧原子、氢原子），可以向金属表面提供孤独电子，通过其配位键与铁原子发生络合作用，生成具有环状结构的螯合物，吸附在金属表面，形成疏水保护膜。阻止腐蚀产物铁离子向溶液中扩散，以及溶液中的氢离子向金属表面移动。曼尼希碱具有较好的酸溶性，结构稳定，具有较好的抗温性能，被广泛应用于油田酸化领域。

2.1.2咪唑啉类缓蚀剂

目前咪唑啉及其衍生物的合成主要由脂肪酸及其衍生物与长链胺类，首先酰胺化脱去一个水分子，然后高温下进行环化形成咪唑啉环。得到的环状咪唑啉中间体，用季铵化试剂对其进行水溶性改性，引入硫脲基，进一步增强其水溶性并引入多个活性中心。在环保要求日益严苛的当下，咪唑啉类缓蚀剂的研究方向多集中在含多个苯环的咪唑啉季铵盐，松香类衍生物，以及双咪唑啉。

2.1.3季铵盐类缓蚀

季铵盐类缓蚀剂主要包括吡啶和喹啉类。他们容易与季铵化试剂发生化学反应，从而生成的季铵盐具有很好的水溶性。季铵化后的吡啶及喹啉衍生物可以在酸性条件下离解出氧原子，氧原子上的孤对电子可以与Fe原子的空d轨道形成配位键，发生化学吸附，抑制腐蚀行为发生。喹啉双季铵盐因溶解性好、吸附中心多、毒性小同时兼具杀菌作用而具有广阔的应用前景。

2.2国外酸化缓蚀剂进展情况

2.2.1天然生物质类缓蚀剂

近年来，国外学者逐渐开展了以天然生物提取物为主的缓蚀剂研究。例如，棉叶提取物和棉籽提取物、菝葜叶乙醇提取物、臭椿叶以及植物龙舌兰提取物，经过研究者实验证明，这几种物质在一定浓度的盐酸溶液中均具有缓蚀抑制作用。并且其吸附规律均符合Langmuir吸附等温线。将两亲性官能团成功嫁接到壳寡糖分子上，制成了一种壳寡糖衍生物缓蚀剂。当缓蚀剂浓度为100mg/L，对P110碳钢缓蚀率可达88%以上。EDX表面分析技术证实了，该缓蚀剂通过对碳钢表面的吸附作用，改变了其表面的亲水性和疏水性。

2.2.2药物类缓蚀剂

药物产品的缓蚀性能同样是近年来国外学者研究的热点方向之一。药物大多为有机化合物，结构中含有咪唑环、吡啶环、喹啉环、异恶唑等多元杂环，并且含有氮、磷、硫、氧等杂原子，其分子结构相似于有机缓蚀剂，并且大分子量的药物化合物，可以在金属表面形成更大面积的吸附膜，从而使发生的缓蚀作用更为明显。如，头孢哌辛、氨苄西林，阿莫西林等均被证实在盐酸溶液中对N80碳钢具有缓蚀作用。在考虑药物化合物缓蚀效果的同时，他们的降解性同样不能被忽略。

3油田酸化缓蚀剂发展趋势

3.1原料来源丰富

从天然植物和动物中提取有效的腐蚀抑制剂，开发出低毒，高效，环保的缓蚀剂，例如：探索从天然松香中提取有效成分作为酸腐蚀抑制剂，中国松香等资源丰富，成本低；从植物中提取相关物质，研究其在酸性介质中的缓蚀性能，应用前景广阔。

3.2耐高温和高浓度的各种酸

开发的酸腐蚀抑制剂在各种酸溶液中，在120°C以上的温度和大于20%的酸质量分数下具有良好的缓蚀性能。

3.3多品种

不仅在HCl和土酸溶液中开发新品种，而且在各种酸性介质中开发，例如泡沫酸，乳化酸，固体酸和有机酸。各种酸腐蚀抑制剂是连续的。

3.4加强理论研究

目前，酸化缓蚀剂的评价标准仍然是工程施工效果。应加强先进仪器用于酸化缓蚀剂的缓蚀机理，各种缓蚀剂之间的协同作用，以及缓蚀剂与添加剂的相容性。更好地服务于实践，开发新品种。

3.5长效型缓蚀剂

开发缓蚀剂，在高温和高浓度的酸性条件下长时间保持良好的缓蚀性能。

3.6多功能

使用先进技术，如量子化学理论和分子设计原理，合成新的高效多功能聚合物酸化抑制剂。它不仅具有良好的缓蚀性能，还具有杀菌，阻垢等新功能。

结束语

总而言之，目前大多数存在的酸化缓蚀剂都有一定的污染性，开发绿色环保型酸化缓蚀剂成为需要解决的一个问题。针对提高酸化缓蚀剂的效率除了在原有缓蚀剂分子上进行改性之外，复配技术也在不断提高，缓蚀机理的研究也会结合其他学科不断发展，随着酸化技术手段的改进提升，酸化缓蚀剂对于油气井酸化作业的实用性和针对性必须更加严格，这也对酸化缓蚀剂的发展和研究提出了更高的要求。

参考文献

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