一种高矿化度水条件下缓蚀剂快速筛选方法

技术领域

本发明涉及油田天然气工业领域，具体涉及一种高矿化度、高Cl

背景技术

油气集输过程中产生的管道破坏现象严重威胁着油田的安全生产，而油气中所含的腐蚀性物质对油气管道造成的腐蚀是管道破坏的主要元凶，因此油气管道的防腐必须引起重视。作为抑制油气管道腐蚀破坏的主要措施之一，缓蚀剂以其独特的优势得到了广泛的应用。在油田伴生气采出与集输过程中，因为采出物中腐蚀性成分含量很高，往往比普通液相腐蚀要强若干倍，腐蚀性的介质增加金属材料对局部腐蚀的敏感性，引发点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀，其中点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀有一共同特征，即局部腐蚀区域与外部溶液对流受到阻抑，从而形成“闭塞腐蚀电池”，闭塞区也即是局部腐蚀最关键部位。针对油田集输系统防腐工程中缓蚀剂选用的问题，国内外学者开展了大量的研究工作，并取得诸多有益的成果。

CN107860946A一种快速大通量筛选和评价金属缓蚀剂的方法，属于金属表面缓蚀剂筛选、评价领域。本发明基于计算机与喷墨打印机喷墨原理的结合，利用计算机设计图样，将至少两种缓蚀剂配成溶液分置于喷墨打印机的不同墨盒中，通过喷墨打印机对缓蚀剂所适用的金属膜表面进行图样打印，干燥后在金属膜表面形成不同配比的缓蚀剂复配体系，之后利用SKP探针技术对金属膜表面进行电位扫描，获得不同配比的缓蚀剂复配体系的表面Volta电位分布，从而明确不同缓蚀剂的最佳配比。本发明以缓蚀剂溶液作为打印用的“墨”，金属膜作为打印用的“纸”，思路新颖，一次能对多个配比组成进行测试，测试效率较高，对缓蚀剂开发、筛选具有重要的科学和实践意义。然而，该方案仍然无法满足实际工况的复杂性，使用范围有限。

现有技术中大多数研究都是对缓蚀剂配方组成进行研究，评价方法仍以平均腐蚀速率和缓蚀率为主，未给出针对点腐蚀的缓腐蚀剂的筛选评价方法。

发明内容

本发明的目的在于：基于高矿化度集输系统点腐蚀的缓蚀剂种类繁多的特点，如何快速筛选出适合现场工况的高效缓蚀剂是预防管道腐蚀的关键问题，因此本发明针对这一问题提供了一种快速选取和评价缓蚀剂性能的方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种高矿化度水条件下缓蚀剂快速筛选方法，包括以下步骤：

S1：收集集输系统腐蚀工况参数，对缓蚀剂进行编号；

S2：对拟采用的缓蚀剂进行相容性评价；

S3：采用电化学腐蚀检测点缺陷浓度；

S4：点蚀概率测试；

S5：采用三维图像分析不同腐蚀深度出现的概率；

S6：结果处理。

进一步地，步骤S1：收集集输系统腐蚀工况参数，对缓蚀剂进行编号，主要包括以下步骤：

S11：收集油田集输系统管线的腐蚀工况参数，具体包括集输温度、介质流速、介质矿化度、氯离子含量、CO

S12：根据油田腐蚀工况参数，搜集符合腐蚀工况的缓蚀剂种类，并对其进行编号。

进一步地，步骤S2对拟采用的缓蚀剂进行相容性评价包括以下步骤：

S21：水溶性实验，对缓蚀剂的溶解性和分散性进行评价；

S22：乳化倾向测定实验，对缓蚀剂的乳化倾向进行评价；

S23：根据水溶性实验和乳化倾向测定实验结果，筛选出与现场采出液相容性好的缓蚀剂，并记录对应的编号。

进一步地，步骤S21水溶性实验包括以下步骤：实验时先接通恒温水浴锅电源，升温至65℃，用量筒量取30ml现场集输系统出液，加入50ml具塞比色管中，用移液管向具塞比色管中加入0.3ml的缓蚀剂样品，将缓蚀剂配成体积分数为1％的溶液，盖上瓶塞，摇动5min，使其混合均匀，将已混合均匀含缓蚀剂水溶液的具塞比色管放入已恒温的水浴锅中；分别观察并记录恒温后12h和24h的现象，对缓蚀剂的溶解性和分散性进行评价。

进一步地，步骤S22乳化倾向测定实验包括以下步骤：现场集输系统出液，配制1000mg/L的缓蚀剂溶液，接通恒温水浴电源，升温至60℃，向2支100ml具塞比色管中分别加入含1000mg/L缓蚀剂的现场采出液或不含缓蚀剂的现场采出液50ml，原油50ml，盖上瓶塞，将具塞比色管放入已恒温的水浴中，恒温30min后,将盛有混合液的比色管上下振动200次后再放入水浴中；记录静置10min时的油水界面分层情况，观察油相、水相乳化程度，并记录60min时空白组的油水比V1，加缓蚀剂组的油水比V2，比较加缓蚀剂与空白组试验的油水比，以静置10min时油水界面清晰、静置60min时V1≥V2为缓蚀剂无乳化倾向的判断准则，对缓蚀剂的乳化倾向进行评价。

进一步地，步骤S3中采用电化学腐蚀检测点缺陷浓度是指采用电化学腐蚀检测方法评价步骤S2中相容性好的缓蚀剂，筛选出抗点腐蚀的缓蚀剂。

进一步地，步骤S3中采用电化学腐蚀检测点缺陷浓度具体包括以下步骤：

点缺陷浓度测试计算：将清洗、打磨、钝化处理过的管道钢材试样连接电极，浸入模拟集输系统介质溶液中30min以获得稳定的开路电位；用电化学工作站测钝化膜阻抗随电位变化的情况，扫描范围为-0.1～0.6V，电位增量为0.01V，频率为1000Hz；计算钝化膜的点缺陷浓度：绘制Mott-Schottky曲线，根据公式(1-1)，通过曲线斜率计算钢材表面钝化膜的点缺陷浓度；

式中，C代表空间电荷层间电容，ε为钝化膜的相对介电常数，ε

进一步地，步骤S4点蚀概率测试包括以下步骤：

将步骤S3管道钢材试样，均分为25个区域，在大范围扫描开尔文探针系统测试平台上测试，探针距试样表面距离控制在100μm，其中探针参数频率为80Hz，振幅为30μm，选择面扫描模式，对任一区域按照“从下往上，从左往右”原则进行扫描，以该区域中点为中心，扫描区域的长和宽分别为2mm、1mm，扫描步长选择200μm，测试后得到电位分布三维图，若区域最低电位与区域最高电位差大于200mV，判定该区域会发生点蚀，记录测试钢板试片发生点蚀的区域个数为m个，根据下述公式计算钢板发生点蚀的概率η值：

η＝(m/25)×100％(1-2)。

进一步地，步骤S5采用三维图像分析不同腐蚀深度出现的概率包括以下步骤：

通过全自动三维显微成像系统对试片进行大面积的图像扫描，对步骤S3实验后钢材表面进行大面积的扫描，得三维形貌图，将所得的三维形貌图转化为二维等高线图，根据腐蚀形貌的二维等高线图绘制腐蚀深度频率密度分布图，采用公式1-3根据所得腐蚀深度频率密度分布图对腐蚀深度密度分布进行拟合，将拟合参数的结果与平均腐蚀速率进行对比，并根据对比结果对图像进行校正，解释腐蚀类型及不同腐蚀深度出现的概率：

式中：y——频率密度，表征不同腐蚀深度出现的概率；

x——腐蚀深度，μm；

x

w——2倍的标准差。

进一步地，步骤S6结果处理包括以下步骤：结合不同缓蚀剂相容性、点缺陷浓度、点蚀概率、腐蚀深度概率进行综合对比，确定同批次最优缓蚀剂及编号。

进一步地，步骤S6结果处理采用下述缓蚀剂筛选结果综合评价表

本发明的优点及效果：

(1)本发明采用电化学测试方法为主，能够实现快速筛选缓蚀剂的目的；

(2)本发明能同时考虑点腐蚀概率及点腐蚀深度概率，避免了采用单一平均腐蚀速率进行评价的弊端；

(3)本发明通过多层次多角度多方法的筛选评价，可准确筛选出防护效果优良的缓蚀剂。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书来实现和获得。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种高矿化度水条件下缓蚀剂快速筛选方法，包括以下步骤：

S1：收集集输系统腐蚀工况参数，对缓蚀剂进行编号；

S2：对拟采用的缓蚀剂进行相容性评价；

S3：采用电化学腐蚀检测点缺陷浓度；

S4：点蚀概率测试；

S5：采用三维图像分析不同腐蚀深度出现的概率；

S6：结果处理。

实施例1：对拟采用的缓蚀剂进行相容性评价：

本实施例提供的筛选流程能够高效快速的筛选出满足现场防腐要求的缓蚀剂。

具体筛选步骤如下:

步骤一：收集油田采输系统管线的腐蚀工况参数：氯离子含量123000mg/L，CO

步骤二：根据油田腐蚀工况参数，对搜集符合腐蚀工况的10种缓蚀剂依次编号为1-10号；

步骤三：对搜集的1-10号缓蚀剂进行相容性评价，具体实验步骤如下：

a.水溶性实验：实验时先接通恒温水浴锅电源，升温至65℃，用量筒量取30ml现场集输系统流体，加入50ml具塞比色管中，用移液管向具塞比色管中加入3ml的缓蚀剂样品，将缓蚀剂配成体积分数为10％的溶液，盖上瓶塞，摇动5min，使其混合均匀，将已混合均匀含缓蚀剂水溶液的具塞比色管放入已恒温的水浴锅中，分别观察并记录恒温后30min和24h时缓蚀剂的溶解和分散现象，以恒温30min后溶液呈均相为溶解性、分散性良好的判断准则，以恒温30min后溶液有不均匀液珠或颗粒分布、恒温24h时溶液分层或有沉淀为溶解性和分散性差的判断准则，对缓蚀剂的溶解性和分散性进行评价；

水溶性测试结果为：恒温30min后外观现象为：1号、2号、4号、5号、6号、7号、9号缓蚀剂溶液全部都呈均相，3号、8号和10号有不均匀液珠和颗粒分散。

可以得出：3号、8号和10号缓蚀剂与现场集输系统管线内流体相溶后有不均匀的液珠和颗粒分散，水溶性差。

实施例2：采用电化学腐蚀检测点缺陷浓度

步骤四：采用电化学腐蚀检测方法评价步骤(3)中相容性好的缓蚀剂，筛选出抗点腐蚀的缓蚀剂，实验步骤如下：

a.点缺陷浓度测试计算：将清洗、打磨、钝化处理过的管道钢材试样(50×25×2mm)连接电极，浸入模拟集输系统介质溶液中30min以获得稳定的开路电位；用电化学工作站测钝化膜阻抗随电位变化的情况，扫描范围为-0.1～0.6V，电位增量为0.01V，频率为1000Hz；计算钝化膜的点缺陷浓度：绘制Mott-Schottky曲线，根据公式(1-1)，通过曲线斜率计算钢材表面钝化膜的点缺陷浓度；

式中，C代表空间电荷层间电容，ε为钝化膜的相对介电常数，ε

实施例3：点蚀概率测试

b.点蚀概率测试：将步骤a管道钢材试样，均分为25个区域。在大范围扫描开尔文探针系统测试平台上测试，探针距试样表面距离控制在100μm。其中探针参数频率为80Hz，振幅为30μm。选择面扫描模式，对任一区域按照“从下往上，从左往右”原则进行扫描。以该区域中点为中心，扫描区域的长和宽分别为2mm、1mm，扫描步长选择200μm，测试后得到电位分布三维图，若区域最低电位与区域最高电位差大于200mV，判定该区域会发生点蚀，记录测试钢板试片发生点蚀的区域个数为m个。根据下述公式计算钢板发生点蚀的概率η值：

η＝(m/25)×100％ (1-2)

实施例4：采用三维图像分析不同腐蚀深度出现的概率

c.腐蚀形貌三维图像分析腐蚀深度出现的概率：

通过全自动三维显微成像系统对试片进行大面积的图像扫描，对步骤a实验后钢材表面进行大面积的扫描，得三维形貌图，将所得的三维形貌图转化为二维等高线图，根据腐蚀形貌的二维等高线图绘制腐蚀深度频率密度分布图，采用Gauss模型(公式1-3)根据所得腐蚀深度频率密度分布图对腐蚀深度密度分布进行拟合，将拟合参数的结果与平均腐蚀速率进行对比，并根据对比结果对图像进行校正，解释腐蚀类型及不同腐蚀深度出现的概率。

式中：y——频率密度，表征不同腐蚀深度出现的概率；

x——腐蚀深度，μm；

xc——腐蚀深度期望，μm，表征平均腐蚀速率；

w——2倍的标准差。

结果处理如下：

分别测试计算点缺陷浓度、点蚀概率、腐蚀深度概率三项参数，具体结果见表1。

表1 10种缓蚀剂筛选结果

1-10号样品中经过本方法，优选出1、5、6三种水溶性好，点腐蚀抑制率高的缓蚀剂。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。