一種緩蝕劑對石油套管在酸性介質中的應用工藝的製作方法

2023-10-07 23:42:04 6

本發明涉及工藝路線領域，為一種緩蝕劑對石油套管在酸性介質中的應用工藝。

背景技術：

N80套管鋼是一種常用的油套管材料，在化工生產中需要將酸液注入地層，將堵塞的油氣水路的腐蝕產物溶除以恢復或增加地層滲透率，實現油氣井增產。然而酸化技術雖然可以增加採油率，但是酸化過程卻加大了N80套管鋼的腐蝕，導致其性能下降，使用壽命降低。因此，如何防止或減緩酸化過程中N80套管鋼的腐蝕是石油開採過程中面臨的一個重大問題。近年來，越來越多的人將有機緩蝕劑應用到N80套管鋼的防腐中，且最常用的油田酸化有機緩蝕劑即為曼尼希鹼，但是緩蝕效率未達到理想效果，一般最高為93.94％。一方面是由於外界條件如溫度，壓力和濃度等影響了緩蝕劑的緩蝕效率；另一方面是因為緩蝕劑的應用工藝路線也對緩蝕效率產生了一定的影響。而油氣開採過程中外界條件一般在某個範圍內上下波動，可視為穩定環境。所以，可以通過調節或改變緩蝕劑的應用工藝路線來增加緩蝕劑的緩蝕效率。因此，如何選擇合適的緩蝕劑應用工藝路線能最有效地發揮其緩蝕效果是一個急需解決的問題。

技術實現要素：

本發明的目的是解決上述由於緩蝕劑的應用工藝路線選用不當而造成的緩蝕效率較低，緩蝕效果不明顯問題，提供一種簡單方便可行的緩蝕劑對石油套管在酸性介質中的應用工藝。

為了實現上述目的，本發明採用如下的技術方案：

一種緩蝕劑對石油套管在酸性介質中的應用工藝，將曼尼希鹼溶液與鎢酸鈉溶液復配，得到緩蝕劑；將鐵系脫氧劑加入到石油套管中，3～5h後加入緩蝕劑，最後加入酸洗劑；其中，曼尼希鹼與鎢酸鈉的摩爾比為(1～10):1。

本發明進一步的改進在於，所述的石油套管為N80套管鋼。

本發明進一步的改進在於，所述的曼尼希鹼溶液的濃度為0.02mol/L～0.0002mol/L；鎢酸鈉溶液的濃度為0.0002mol/L。

本發明進一步的改進在於，所述的曼尼希鹼溶液與鎢酸鈉溶液的體積比為1:1。

本發明進一步的改進在於，所述鐵系脫氧劑為還原鐵粉、砂狀粉體鐵或粗粒鐵。

本發明進一步的改進在於，所述浸泡的時間為12～18h。

本發明進一步的改進在於，所述酸洗劑為質量濃度為15％的鹽酸。

本發明進一步的改進在於，所述加入酸洗劑後的時間不大於72h。

與現有技術相比，本發明具有的有益效果：與現有工藝路線相比，本發明關於緩蝕劑對石油套管在酸性介質中的應用工藝路線是一種高效的防腐蝕工藝路線。因為將復配緩蝕劑加入石油套管中12～18h的過程中，N80套管鋼表面的Fe2+與曼尼希鹼分子中的極性鍵形成配位化合物，吸附在金屬表面，形成吸附膜，但吸附膜不緻密，吸附存在空隙。與此同時，石油套管表面的陽離子與鎢酸鈉中的鎢酸根離子形成鎢酸鹽，在金屬表面形成一層沉澱膜，填補了吸附膜的空隙。兩種膜結構相互吸附，在金屬表面形成一層完整緻密的保護膜，阻礙了氯離子在石油套管表面的擴散，減小了金屬的腐蝕電流密度，從而減緩了腐蝕，大大地提高了緩蝕效率。此外，鐵系脫氧劑的加入，有效地除去了管道和設備中的氧氣，防止了它們進一步與管道發生氧化反應，保證緩蝕劑高效的吸附在管道表面，從而有效的保護了石油套管。

本發明在低壓管線處加入鐵系脫氧劑，除去了管道和設備中的氧氣，再將曼尼希鹼溶液與鎢酸鈉溶液復配，得到緩蝕劑，將石油套管在緩蝕劑中浸泡後再放入酸洗劑中；保證緩蝕劑高效的吸附在管道表面，從而有效的保護了石油套管。本發明的工藝路線減小了石油套管的腐蝕電流密度，大大地提高了緩蝕效率，使緩蝕效率達到99.89％～99.91％。

與現有工藝路線相比，本發明關於緩蝕劑對石油套管在酸性介質中的應用工藝路線是一種簡單方便的工藝路線，對石油套管在酸性介質中的腐蝕具有良好的緩蝕作用，有效地提高了油氣開採和運輸過程中的緩蝕效率，同時增加了石油套管的使用壽命，減少了工廠及國家的工業經濟損失。通過對比常用工藝路線率可以明顯的看出本發明關於緩蝕劑對石油套管在酸性介質中的應用工藝路線的緩蝕效率遠高於常用工藝路線。

附圖說明

圖1為60℃時常用工藝路線的Tafel極化曲線圖；

圖2為60℃時本發明工藝路線的Tafel極化曲線圖；

圖3(a)為60℃時常用工藝路線的Nyquist圖；

圖3(b)為60℃時常用工藝路線時，阻抗範圍為0～30ohm的Nyquist圖；

圖4(a)為60℃時本發明工藝路線的Nyquist圖；

圖4(b)為60℃時本發明工藝路線時，阻抗範圍為0～30ohm的Nyquist圖；

圖5為等效電路圖；

圖6為緩蝕劑效率隨時間的變化曲線圖；

圖7為本發明工藝路線圖。

圖中，1為鐵系脫氧劑，2為緩蝕劑箱，3為酸罐，4為低壓管線，5為壓裂車組，6為高壓管線，7為酸化管柱。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。

本發明中曼尼希鹼的製備方法參見專利201510419148.3。鐵系脫氧劑為還原鐵粉、砂狀粉體鐵或粗粒鐵。

實施例1

1.利用線切割法將N80套管鋼加工成5mm×5mm×3mm的長方體小方塊試樣。然後把試樣測試面用400#、800#和1000#金相砂紙逐級打磨，再用拋光機將其拋光，最後依次用乙醇和重蒸水清洗，乾燥後備用。

2.配製0.0002mol/L～0.02mol/L的曼尼希鹼溶液，0.0002mol/L的鎢酸鈉溶液和質量分數15％的鹽酸溶液備用。

曼尼希鹼製備方法：醛、酮等具有活潑α-H的化合物與甲醛、胺在乙醇溶液中回流，使酮的α-H被胺甲基取代，該反應所得產物稱為曼尼希鹼。

在裝有磁力攪拌器，回流冷凝管，溫度計的三口燒瓶中加入一定量的苯胺和無水乙醇，攪拌並往燒瓶中滴加鹽酸溶液，調節體系的PH值。然後在加入一定比例的苯乙酮和甲醛溶液，升高溫度至60℃，回流，得到紅棕色的液體。

表1 曼尼希鹼製備條件

3.按照體積比1:1將曼尼希鹼溶液與鎢酸鈉溶液，配比配製曼尼希鹼與鎢酸鈉的復配緩蝕劑備用。

4.按照常用工藝路線(即將N80套管鋼放入緩蝕劑與酸的混合液中)與發明工藝路線進行試驗測試，測得極化曲線與阻抗曲線(試驗重複三次)，同時利用軟體對其曲線進行擬合，得到腐蝕動電位擬合參數和阻抗擬合參數。

表2 常用工藝路線動電位擬合參數

表3 發明工藝路線動電位擬合參數

通過電化學試驗，分別測出了常用工藝路線和本發明工藝路線時的極化曲線和阻抗曲線。

圖1為常用工藝路線極化曲線，從圖1中可以看出，加入緩蝕劑後，溶液中的腐蝕電流密度出現減小趨勢，對應表2的動電位擬合參數。同樣對應表3中的動電位擬合參數，參見圖2，與單獨鹽酸介質中的腐蝕電流密度相比，從199.33×10-6/A·cm-2迅速減小為4.7427×10-6/A·cm-2，而常用工藝路線僅從3.3116×10-6/A·cm-2減小為2.4863×10-6/A·cm-2，故本發明工藝路線的減小程度更大，且隨著復配緩蝕劑摩爾濃度的變化，腐蝕電流密度仍然不斷下降。當曼尼希鹼與鎢酸鈉摩爾濃度比為1:1時，腐蝕電流密度最小，為0.1859×10-6/A·cm-2，緩蝕效率最高，達到99.91％。從數據中可以發現，常用工藝路線最低的緩蝕效率為24.92％，本發明工藝路線的最低的緩蝕效率為97.62％。由此，本發明工藝路線很大程度上減小了N80套管鋼在鹽酸介質中的腐蝕電流密度，降低了腐蝕程度，提高了緩蝕劑的緩蝕效率，更好的保護了N80套管鋼。同時發現，曼尼希鹼與鎢酸鈉摩爾濃度比範圍為1:0.1～1:1時(曼尼希鹼濃度為0.02mol/L～0.0002mol/L、鎢酸鈉濃度為0.0002mol/L)，緩蝕效率均較好。

圖3(a)、3(b)和圖4(a)、4(b)分別為常用工藝路線和本發明工藝路線的Nyquist圖。從圖中可以直觀地看出，隨著加入緩蝕劑後，容抗弧的半徑明顯增大，且隨著復配緩蝕劑摩爾濃度的變化，容抗弧逐漸增大。比較圖3(a)、3(b)和圖4(a)、圖4(b)可以發現，本發明工藝路線的容抗半徑增大的程度顯著大於常用工藝路線，且最大容抗弧半徑的阻值高達18750ohm，而常用工藝路線僅為7000ohm。經過擬合對比，選擇誤差最小的等效電路如圖5所示，表4和表5為擬合參數。從表4和表5中可以看出，無氧環境下，加入緩蝕劑後，溶液中的轉移電阻迅速增大，常用工藝路線轉移電阻由7.921Ω·cm2增大到14.53Ω·cm2，而本發明工藝路線的轉移電阻則由8.11Ω·cm2增加到538.12Ω·cm2，故本發明工藝路線的增大程度更大。而傳遞電阻越大表明Cl-在溶液中傳遞的阻力越大，對金屬的腐蝕程度越小。因此說明曼尼希鹼和鎢酸鈉緩蝕劑對N80套管鋼在酸性溶液中的腐蝕有較好的緩蝕作用。

圖6為復配緩蝕劑的緩蝕效率隨時間的變化曲線圖。從圖中可以看出，緩蝕效率在0～11h之間時，隨著時間的增加，緩蝕效率逐漸增大。當到達12h之後，緩蝕效率不再增加，18h後，緩蝕效率逐漸開始下降。72h後，緩蝕效率降至80％左右。

圖7為本發明工藝路線示意圖。低壓管線3一端分別與緩蝕劑箱1和酸罐2相連通，另一端經壓裂車組4、高壓管線5與酸化管柱6相連通。圖中緩蝕劑箱中放有曼尼希鹼與鎢酸鈉摩爾濃度比在1：0.1～1：1(曼尼希鹼濃度為0.02mol/L～0.0002mol/L、鎢酸鈉濃度為0.0002mol/L)範圍之間的復配緩蝕劑。在石油開採中，每次酸化過程進行前，先將鐵系脫氧劑從低壓管道放入，再將緩蝕劑箱2打開，讓緩蝕劑溶液先於酸洗劑在管道及設備內流動12～18h，之後再讓酸洗劑從酸罐3中流至酸化管柱7底部，進而進入地層流動。

表4 常用工藝路線等效電路圖擬合數據

表5 發明工藝路線等效電路圖擬合數據

從上述內容，可以看出，本發明中先將鐵系脫氧劑置於N80套管鋼中，除去管道中的氧氣，再將曼尼希鹼溶液與鎢酸鈉溶液復配，得到緩蝕劑，將石油套管在緩蝕劑中浸泡後再放入酸洗劑中；本發明中添加鐵系脫氧劑-復配緩蝕劑-酸洗劑的順序依次為：鐵系脫氧劑-復配緩蝕劑-酸洗劑，順序不可調整。與現在有技術中將石油套管浸泡在緩蝕劑與酸洗劑中相比，本發明具有較好的緩蝕效果。本發明關於緩蝕劑對石油套管在酸性介質中的應用工藝路線可以在油氣開採過程中應用。