缓蚀剂

气井缓蚀剂

酸性天然气中由CO2、H2S等引起的井筒及地面管网的腐蚀破坏一直是酸性气田开发过程中面临的主要技术难题之一。CO2在潮湿的环境下或溶于水后对钢铁有很强的腐蚀性。与强酸（如盐酸）相比，由于CO2溶于水后，在相同的pH值条件下，其总酸度较高，对钢铁的腐蚀比强酸还严重。因此，为了防止酸性气体造成的腐蚀，常用的防腐措施主要采用耐蚀管材、表面保护覆盖层或涂镀层、加注缓蚀剂、工艺性防腐等，其中最经济、见效最快的就是使用缓蚀剂。其优点是用量少，加药设备简单，容易实施，而且防腐蚀效果能得到保证。

用于气井的缓蚀剂多是含氮化合物，如胺类、咪唑啉、酰胺类和季胺盐以及含有硫和磷元素的咪唑啉等。其中以咪唑啉及其衍生物的用量最大，其用量约占缓蚀剂总用量的90%左右。咪唑啉学名为间二氮杂环戊烯，呈现白色针状，其母体结构是咪唑，二氢取代咪唑后成为咪唑啉，其杂环大小与咪唑一致。咪唑啉类缓蚀剂一般由3部分组成，即具有1个含氮五元杂环，杂环上与氮原子（N）成键的具有不同活性基团（如酰胺官能团、胺基官能团、羟基）的亲水支链R1和含有不同碳链的烷基憎水支链R2。

在国外开展的防止CO2腐蚀的缓蚀剂研究中，发现4-氨基哌啶衍生物可用于防止CO2饱和盐水对钢材的腐蚀，其缓蚀率高达95%；烷氧基硫醇的磷酸酯或其胺盐可作为高浓度CO2环境中的缓蚀剂；2，3-双取代基3，4，5，6-四氧嘧啶化合物，适用于含CO2、H2S及盐水深井的腐蚀防护；而含硫基和氨基的咪唑啉衍生物，对CO2、H2S的缓蚀率可达90-95%。国内许多单位也开展了CO2、H2S缓蚀剂的研究工作。四川石油管理局天然气研究所开发了用于防止CO2、H2S腐蚀系列缓蚀剂；华北油田及中科院金属研究所研制的季胺盐缓蚀剂应用于现场，取得了满意的缓蚀效果。大庆石油学院研制的咪唑啉及苯基硫脲衍生物有较好的抑制CO2腐蚀作用。

根据气井腐蚀介质的不同，缓蚀剂大致可分为油溶性缓蚀剂、水溶性缓蚀剂、分散型缓蚀剂和气相缓蚀剂。研究发现，有些缓蚀剂虽对CO2腐蚀有一定的缓蚀作用，但温度稍高（>70℃）则发生脱附而使缓蚀效率大幅度降低，甚至失效。根据CO2腐蚀机理，认为成膜型缓蚀剂控制CO2腐蚀效果较好。油溶性成膜缓蚀剂已广泛用于气井中以控制CO2腐蚀。

缓蚀剂加注量及加注周期：确定缓蚀剂加注量及周期应根据必要的缓蚀剂现场评价试验，并考虑气井井深、产气量、产水量以及缓蚀剂的流动性能等因素。由于缓蚀剂对应用条件的针对性强，当操作条件如温度、压力、浓度和流速等改变时，采用的缓蚀剂型号及加量也需要改变，可以通过现场挂片、安装腐蚀探针来监测并确定正确的加量。

缓蚀剂应用（川渝气田为例）

川渝气田概况

室内评价

CT2-1缓蚀剂

CT2-1是油溶水分散型缓蚀剂，主要成分为有机酰胺。该缓蚀剂的成膜效果好，适合含CO2和H2S的腐蚀环境防护。针对重庆气矿和威远气田高H2S低CO2的腐蚀环境，室内对研制的CT2-1缓蚀剂进行了模拟现场条件的防腐效果评价，结果见表2。评价条件：腐蚀液含H2S （1000 ± 50）mg/L，5%（ω）NaCl，温度（40 ± 2）℃，试验周期72h，试验材质为NT80SS。从试验结果看，CT2-1缓蚀剂的加量为50 mg/L可将试片的腐蚀控制在很低的水平，作为油溶水分散性缓蚀剂表现出优良的防腐效果。

CT2-4缓蚀剂

针对含H2S的腐蚀环境下，井下存在部分积水不易带出，油溶性缓蚀剂对井下积水保护效果不理想的情况，研制出了水溶油分散型缓蚀剂CT2-4。室内评价条件：腐蚀液中H2S浓

度（1000 ± 50）mg/L，5%（ω）NaCl，温度（40 ± 2）℃，试验周期72h，试验材质为NT80SS、S135、G105。试验结果见表3。

表3表明，CT2-4缓蚀剂在H2S含量较高的情况下，可把三种金属材料的腐蚀速率控制在0.076mm/a以下，表现出了较好的防腐效果。

CT2-14缓蚀剂

CT2-14缓蚀剂是针对气井产水量大或边远井站加注液体缓蚀剂不便而研制的固体缓蚀剂，通过对液体有机水溶性缓蚀剂的固化成型，使其具有缓蚀成分释放缓慢，保护的有效周期长。室内采用静态失重法，考察了CT2-14固体缓蚀剂在不同加量下的缓蚀性能。评价条件：H2S浓度（1000 ± 50）mg/L，5%（ω）NaCl，温度（60 ± 2）℃，试验周期72h，试验材质为NT80。试验结果如表4。

表4表明，随固体缓蚀剂加量的增大，腐蚀速率降低，试片表面光亮均匀。可见，在静态条件下评价，能把试片的腐蚀速率控制在0.076mm/a以内。

同样采用静态失重法考察了固体缓蚀剂在不同温度下的缓蚀性能。评价条件：H2S浓度（1000 ±50）mg/L，5%（ω）NaCl，固体缓蚀剂的加量为126 mg/L，周期72h，试片材质为N80。试验结果如表5。

从表5可以看出，随着温度的升高，腐蚀速率逐渐增大，但在试验条件下，试片腐蚀速率均小于0.076mm/a，缓蚀率均大于95%，且试片表面状况良好。说明当固体缓蚀剂加量大于126 mg/L时，即使腐蚀环境温度达到80℃（接近井底温度），仍能将腐蚀速率控制在0.076mm/a以下。

室内采用转轮法进行动态评价试验，测定其在80℃下的动态缓蚀效果（表6）。评价条件：H2S浓度（1000 ± 50）mg/L，5%（ω）NaCl，温度（80 ± 2）℃，试验周期8h，试验材质为NT80。

表6评价结果表明，CT2-14缓蚀剂在80℃的动态环境下仍具有良好的缓蚀效果。当加量增至252g/L后，缓蚀率变化不大，说明介质中CT2-14缓蚀剂的加量控制在252 g/L以内，具有最佳的防腐效果。

CT2-15缓蚀剂

针对川中磨溪气田的H2S-CO2-Cl-和细菌的腐蚀环境，研究出了气液两相缓蚀剂CT2-15，该缓蚀剂在传统缓蚀剂的分子结构中引入了含S原子基团，并复配了气相挥发组份，增强了缓蚀剂的吸附性能和气相缓蚀功能。与杀菌剂联合使用，对解决川中磨溪气田的H2S-CO2-Cl-和细菌的腐蚀起到了重要作用。

室内评价表明，该缓蚀剂同时具有气液两相的防腐效果，室内常压静态评价结果见表7。评价条件：温度80℃，H2S浓度1000 mg/L，CO2 300 mg/L，材质为油管钢NT80SS，试验周期72h。

从表7可以看出，CT2-15缓蚀剂具有良好的气液两相防腐效果，试后片光亮，无局部腐蚀发生。