低氧泡沫驱缓蚀剂防腐性能与配伍性实验研究

徐书龙

（四川宇泰安全科技有限责任公司，四川成都 610200）

泡沫驱技术从20 世纪60 年代已开展矿场实验，经过半个多世纪的室内实验和生产实践，该技术已成为被广泛认可的、重要的提高采收率技术之一[1]。泡沫驱气相有空气、N2、CO2等，其中空气泡沫驱由于气源来源广、价格便宜，受到青睐[2]。但是空气中存在大量O2组分，对油藏开发具有潜在爆炸等安全风险，并且造成注入系统氧化腐蚀问题[3]。为此开发了低氧泡沫驱技术，空气中的O2含量控制在3 %以内，保障了安全也降低了氧化腐蚀作用。但是某油田19 口井的规模注入实验，检管11 井，发现5 口井仍然存在腐蚀超标问题[4]，对部分管柱进行更换。为此本文使用一种改性咪唑啉型缓蚀剂与现场使用的起泡剂复配，评价复配药剂的配伍性和防腐能力[5，6]，以期降低注入井的腐蚀速率，对注入系统防腐具有理论和实际应用价值。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

材料：缓蚀剂为改性咪唑啉HS，实验室自制，淡黄色，有效物含量30 %。起泡剂QJ2，工业级，有效物含量50 %，现场提供。矿化水用NaCl 配制，矿化度8×104mg/L，用EDTA 络合滴定法确定铁离子含量，NaCl、EDTA、无水乙醇、石油醚，均为分析纯，成都科龙化工试剂厂。腐蚀实验用N80 钢片，长4 cm、宽1.3 cm、高0.2 cm，现场油管材质为N80，长度63 cm、内径60 mm、壁厚5 mm。

仪器：搅拌器（转速3 000 r/min）；量筒（1 000 mL）、秒表（1 s）；电子天平（精度0.1 mg）；恒温箱（最高温度200 ℃）；离心泵（扬程20 m）。

1.2 实验方法

1.2.1 配伍性实验 使用矿化水配制溶液，起泡剂QJ2的使用浓度为0.3 %，分别加入0.005 %、0.01 %、0.02 %、0.04 %的缓蚀剂HS。采用Waning Blender 的方法发泡，取复配试剂溶液200 mL，倒入搅拌器中搅拌1 min 发泡，测量发泡体积和泡沫半衰期，实验温度65 ℃。

1.2.2 静态腐蚀实验 将挂片先用滤纸擦净，再用沸程为60 ℃～90 ℃的石油醚清洗10 min，用脱脂棉擦拭表面油脂，再放入无水乙醇中浸泡10 min，进一步脱脂和脱水。取出挂片放在滤纸上，用冷风吹干后再用滤纸包好，放入干燥器中干燥2 d，使用电子天平称重，精确至0.1 mg。将处理好并称重的挂片放入500 mL 的磨口瓶中，磨口瓶中分别盛入200 mL 溶液，包括空白组（模拟地层水）、缓蚀剂组（0.005%～0.04%）、起泡剂（0.3%）+缓蚀剂（0.005 %～0.04%）组三个实验组，每个实验组平行实验3 个，置于65 ℃恒温箱30 d，每天打开2 次瓶盖10 min 进行换气，使得瓶内有新鲜的空气。实验完成后，取出挂片，立即用清水冲洗掉实验介质，并用滤纸擦干，再次用石油醚和无水乙醇处理挂片后，称重取3 个挂片质量平均值进行平均腐蚀速率与缓释率指标的分析。

1.2.3 动态腐蚀实验 油管两端加装同材质的密封盖和管线接头，两根油管内分别盛入1 600 mL 空白组和1 600 mL0.02 %缓蚀剂组溶液，连接离心泵，以0.5 m3/h速度泵入低氧空气（O2含量5 %），收集出口产出液体，每3 d 更换一次溶液。采用络合滴定法测量铁离子浓度，将出口产出液与剩余液体混合摇匀，取出溶液20 mL 进行滴定实验，确定溶液中的铁含量，计算腐蚀物含量，实验周期27 d，实验温度65 ℃。

2 结果与分析

2.1 缓蚀剂的配伍性

泡沫驱主要通过起泡剂产生丰富的泡沫，实现扩大波及体积以及控制流度的作用，条件缓蚀剂能够起到防腐作用，但是由于起泡剂、缓蚀剂等成分复杂，复配后可能引起很大的干扰作用，因此实验中主要评价缓蚀剂与起泡剂的配伍性。

实验结果（见表1、图1、图2）。由实验结果可知，缓蚀剂的加入增加了泡沫性能，并且随着缓蚀剂浓度的增加，泡沫性能先大幅度提高后趋于平稳。当缓蚀剂浓度为0 时，发泡体积为620 mL；当缓蚀剂浓度为0.02 %时，发泡体积为650 mL；随着缓蚀剂浓度进一步提高，发泡体积达到670 mL，表明缓蚀剂对起泡能力有较好的正效应作用。对于泡沫半衰期，当缓蚀剂浓度为0 时，泡沫半衰期为660 s；当缓蚀剂浓度为0.01 %时，泡沫半衰期为693 s。表明随着缓蚀剂浓度增加，泡沫稳定性提高。因此，缓蚀剂与起泡剂的配伍性好，并能够提高泡沫性能。

泡沫综合指数是泡沫体积与泡沫半衰期的乘积指标，综合反映了泡沫的发泡性和稳定性，由图2 可知，缓蚀剂的加入对泡沫性能有利，并且当缓蚀浓度大于0.01 %后，对泡沫性能提高幅度趋缓。由此指标也是说明了缓蚀剂与起泡剂的配伍性理想。

表1 缓蚀剂浓度对泡沫性能影响结果统计表

图1 缓蚀剂对泡沫体积与泡沫半衰期影响

图2 缓蚀剂浓度对泡沫综合指数影响

2.2 缓蚀剂的静态防腐性能

缓蚀剂浓度对腐蚀速率及缓释率的影响实验结果（见表2，表3，图3，图4）。结果表明空白组实验腐蚀速率最高，达到0.133 mm/a，大大高于标准值0.076 mm/a，主要由于高温、高盐环境，加速氧化还原反应，使得腐蚀超标。添加缓蚀剂组，在不同浓度条件下，均使腐蚀速率降低，起到了缓释作用。

这是由于改性咪唑啉能够吸附在金属表面形成保护膜，降低了氧与金属的接触面，阻隔了腐蚀反应，因此腐蚀速率降低。随着缓蚀剂HS 浓度增加，金属表面的吸附层变致密，阻隔能力提升，使得腐蚀速率降低、缓释率提高。对于缓蚀剂+起泡剂组实验结果表明，该组能够进一步降低腐蚀速率，分析认为起泡剂能与缓蚀剂发生协同增效作用，进一步提高吸附膜的致密程度，减缓腐蚀。当缓蚀剂有效浓度大于0.02 %时，腐蚀速率降低程度以及缓释率增加程度逐渐降低并趋于平稳，这是由于缓蚀剂在金属表面吸附量趋于饱和，进一步提高浓度不能提高缓释率，据此，确定了缓蚀剂的最佳使用浓度为0.02 %。

图3 缓蚀剂浓度对腐蚀速率影响

表2 缓蚀剂浓度对腐蚀速率影响数据统计表

表3 缓蚀剂浓度对缓释率影响数据统计表

图4 缓蚀剂浓度对缓释率影响

表4 每3 d 油管腐蚀量统计表 单位：g

表5 油管腐蚀实验结果统计表

2.3 缓蚀剂的动态防腐性能

泡沫驱现场采用油管内气液交替注入或油管、套管分别注入气液的发泡方式，静态腐蚀引入新鲜空气对挂片腐蚀，模拟了不断注入新鲜空气的过程。但是设计上泡沫驱过程是一个动态腐蚀的过程，因此本文改进实验装置，模拟实际工况的动态腐蚀。每3 d 铁离子滴定后得到腐蚀量（见表4），出油管参数、总腐蚀量以及通过油管前后质量差计算的腐蚀速率（见表5）。油管动态腐蚀实验模拟泡沫驱实际注入时存在的气液同注的状态。通过络合滴定法滴定腐蚀产生的铁离子含量，计算出腐蚀后油管质量，从而定量评价气液同注时的腐蚀速率。

实验结果表明，在27 d 实验周期内，含0.02%缓蚀剂HS 的实验组腐蚀速率为0.062 mm/a，未添加缓蚀剂的空白组腐蚀速率为0.194 mm/a，一方面表明动态实验腐蚀速率高于静态腐蚀实验结果，这是由于不断有新的低氧空气加速了氧化还原反应，导致总腐蚀量增加。另一方面含有缓蚀剂的实验组腐蚀速率明显低于空白组，即缓蚀剂对油管腐蚀有明显的降低作用，这与静态腐蚀实验结果一致，并且腐蚀速率仍然低于0.076 mm/a的技术标准要求。因此，通过动态腐蚀实验进一步证明0.02 %的缓蚀剂HS 能够起到缓释效果。

3 结论

（1）缓蚀剂HS 和现场使用起泡剂QJ2 配伍性理想，并且缓蚀剂能够提高泡沫性能。

（2）缓蚀剂能够降低挂片腐蚀速率，添加了缓蚀剂和起泡剂的复配溶液，缓释性能最高，缓蚀剂的最佳使用浓度为0.02 %，添加缓蚀剂的起泡剂溶液腐蚀速率为0.028 mm/a，缓释率达到78.9 %。

（3）动态腐蚀实验模拟了实际工况，添加缓蚀剂能够大幅度降低腐蚀速率，相对空白组，腐蚀速率由0.194 mm/a 降低至0.062 mm/a，缓释率68.2 %。