一种绿色、高效缓蚀剂
文/杜磊,上宫昌淮·中国石油天然气集团
酸性或高酸性油气田集输管线的腐蚀与防护近年来受到了高度的重视。其缓蚀剂的使用也向着绿色环保和多功能方向发展。
全球经济的快速发展,导致石油天然气的需求不断增长,大批酸性油气田得到开发。在酸性天然气田开发和生产过程中,各类油气田设备和集输管道的腐蚀非常严重,特别是油气井套管、钻采设备、井下工具以及地面集输系统,经常面临高含硫化氢、二氧化碳、单质硫以及高含氯离子等恶劣的工况条件。
近年来新开发的大型油气田,如新疆塔里木、川东北、吉林、普光等油气田,包括与国外合作的大型石油天然气项目(如苏丹、哈萨克斯坦、土库曼斯坦、缅甸和印度尼西亚等国),多为酸性或高酸性油气田,其集输管线的腐蚀与防护受到高度的重视。
项目背景
为了控制集输管线腐蚀,目前常用的方法包括碳钢管道加注缓蚀剂、采用耐蚀合金管材(包括复合管)、管道内表面使用防腐涂层和非金属衬管等。缓蚀剂防腐集输作为—项经济、有效、操作简单的防腐手段在石油和天然气工业中得到了广泛运用,但是随着含C02、H2S等高酸性天然气田的开发,传统的缓蚀剂已经无法满足集输管线的防腐要求。
酸性天然气集输管道缓蚀剂研究开发的重心主要是有机型缓蚀剂。这是因为无机型缓蚀剂大多有毒且可降解性能差,并且缓蚀剂的缓蚀效率会随着缓蚀剂加入量的变化而呈现性能不稳定的现象。
目前,在有机型缓蚀剂中,咪唑啉类缓蚀剂应用最为广泛,而且咪唑啉和其他缓蚀剂组份以及表面活性剂复配使用可以得到更加理想的效果。还可把咪唑啉进行酰胺化或季铵化成盐,不仅可以改变缓蚀剂的缓蚀效率,还可以改变缓蚀剂的溶解性能,使其可适用于更多的环境。此外,酰胺类缓蚀剂和季铵盐类缓蚀剂的开发和使用也很普遍。
随着工业的发展和科学技术的进步,缓蚀剂技术也在不断发展和进步。随着国内外环保安全要求的不断提高,防腐工作者对天然气集输管道的缓蚀剂提出了两个方面的要求:
(1)要求提供对生态环境不构成破坏的新型缓蚀剂有效成分。
(2)开发多功能缓蚀剂新品种。
因此—些传统的缓蚀剂,如曼尼希碱酸化缓蚀剂,铬盐缓蚀剂、磷类缓蚀剂等,由于具有较高的毒性或对人体具有不良的影响,己逐渐退出了市场。
进入21世纪,研发绿色环保、高效的缓蚀剂已成为世界各国的共识,缓蚀剂的研究重点主要集中于对环境友好型的高效缓蚀剂。因此,绿色环保、高效、适用于高含C02、H2S等高酸性天然气田防腐的缓蚀剂研发成为未来发展的主流趋势。
存在问题
国内从事天然气集输内壁防腐专用缓蚀剂开发生产的单位众多,其产品性能参差不齐,使用过程中性能不稳定,差异较大,针对高酸性天然气集输系统的应用还存在较大的局限性,实用效果不佳,并且国内厂家多半缺乏售后服务和技术支持能力。而国外同类型的缓蚀剂,成本高昂,订货耗时长,对设备和工艺的要求较高,其性价比与国产缓蚀剂相比缺乏优势。
此外,国内外对缓蚀剂仍多以静态或准静态(低速搅拌)条件下的试验和理论为基础进行开发,对于高酸性天然气集输系统中普遍存在高流速、多相流的复杂工况条件还缺乏相关的理论和基础研究,还存在较大的空白点。
目前国内外开发有机型缓蚀剂大多具有毒性和可降解性低,并且缓蚀效率会随着缓蚀剂加入量的变化而呈现性能不稳定的现象。对于集输管道内壁防腐有机缓蚀剂的配方中,往往也出于性能的需要,添加了—些毒性较大或可产生有毒产物的可挥发性成分,例如:甲醇、二甲苯、丙炔醇等,在生产运输和操作过程中一旦发生泄露,就会对人员身体健康和环境产生有害的影响。因而,随着工业的发展和科学技术的进步,对生态环境不构成破坏的新型缓蚀剂有效成分和多功能的环境友好型缓蚀剂新品种成为了当前研发的重点和热点。
技术开发
经过化工基础原料的评估筛选,筛选出了适用于天然气管道内壁防腐的缓蚀剂配方开发的化工原料,经过技术攻关以及室内研究,完成了不饱和脂肪酸和胺类的酰胺化反应,得到了转化率高、性能优异的酸性天然气集输管道环保缓蚀剂核心原料的缓蚀剂合成工艺,确定了系列缓蚀剂的配方体系并考察了其实用条件,形成了相对成熟的酸性天然气集输管道环保缓蚀剂配方体系和配方工艺。
此外,在缓蚀剂具有良好的溶剂相溶和分散性基础上,以油溶水分散缓蚀剂为依据,通过不同的溶剂组合配方调整,开发出了预膜用的油溶型,以适用于管道的批处理预膜,从而形成了一套完整的产品系列。在酸性气田集输现场进行了现场试验,其结果表明,在含H2S、C02的酸性环境中,本缓蚀剂在高流速、多相性天然气输送管道中仍具有很好的稳定性和持效性,在不同条件下应用的现场实测缓蚀率均大于90%。
采用不饱和脂肪酸和胺类合成核心原料,合成开发出了具有自主知识产权的缓蚀剂核心原料,开发的酸性天然气集输管道环保型缓蚀剂CPI-5(见图1)经过复配优化,在模拟高酸性条件下(PH2S=PC02=3.2MPa,T=80℃ ,t=72h,加注量1000mg/L,介质溶液为5%(m/V)Nacl溶液),其对碳钢的可控缓蚀速率达到0.03mm/a,防腐性能较高。
CPI-5缓蚀剂产品在中石油西南分公司川西北气矿雷三区Z8I现场进行了加注测试,腐蚀监测挂片的腐蚀速率控制在0.0199mm/a,且未出现点蚀,达到GB/T23258— 2009《钢质管道内腐蚀控制规范》最高级别。
图1酸性天然气集输管道环保型缓蚀剂
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