緩釋劑濃度對緩蝕劑擴(kuò)散規(guī)律的影響本科畢業(yè)設(shè)計

1、本科畢業(yè)設(shè)計（論文）本科畢業(yè)論文:緩蝕劑濃度對緩蝕劑擴(kuò)散規(guī)律的影響緩蝕劑濃度對緩蝕劑擴(kuò)散規(guī)律的影響摘要在生產(chǎn)石油的過程中，由于二氧化碳的存在，會對我們的采油設(shè)備產(chǎn)生一定的腐蝕， 導(dǎo)致我們的裝備的快速老化，壽命縮短。為此我們采用緩蝕劑來減緩腐蝕的發(fā)生，從而 相對的“延長”裝備的壽命。對于緩蝕劑的起作用，有很多的相關(guān)因素。比如產(chǎn)液速度、 緩蝕劑濃度，油帽子高度，含油率等很多因素。通過井液流態(tài)來模擬在井下產(chǎn)油過程， 本課題主要研究了在不同的緩蝕劑濃度的情況下，緩蝕劑所產(chǎn)生作用的不同結(jié)果，在此 同時我們還做關(guān)于含油率對其作用的影響， 最后我們得出了結(jié)論，在同一口井的情況下, 相對高的緩蝕劑濃度，對于緩

2、蝕劑的效果更加好。由于生產(chǎn)石油主要就是在動態(tài)條件下， 這個研究的成功也將會是我們的采油水平上一個臺階，也會很大程度上減少設(shè)備的損 害，并且在一定程度上可以為油田現(xiàn)場緩蝕劑的加注方法、加藥量和加藥周期等提供一 定的參考。關(guān)鍵詞：緩蝕劑；產(chǎn)液速度；動態(tài)；緩蝕劑濃度Effect of inhibitor concentration of inhibitor for thediffusion lawAbstractIn the process of oil producti on, due to the prese nee of carb on dioxide, will produce some c

3、orrosi on on our product ion equipme nt, our equipme nt leads to rapid aging, shorte ned life expectancy. We use to reduce the corrosion inhibitor, and thus relatively "extend" the life of equipme nt. The in hibitor effect, there are many related factors. Such as liquid producti on rate, s

4、low release age nt concen trati on, oil cap height, oil content and many other factors. Simulati on in the un dergro und product ion process by fluid flow, the main task is to study the corrosion inhibitor concentrations in different situations, different results of corrosion in hibitor and the effe

5、ct, at the same time we also done on the in flue nce of oil content on its fun cti on, and fin ally we come to the con clusi on, in the same well. Slow release age nt, relatively high concentration, is good for the inhibition effect, the higher the better.Because the product ion of oil is mainly in

6、the dyn amic con diti on, the success of the will is our product ion level in the last step, will greatly reduce the damage to the equipme nt, to provide a reference method, filling and can to a certain extent for oilfield corrosion inhibitor dosing and dos ing period.Key words Corrosion inhibitor ；

7、 Liquid production rate； Dynamic conditions of inhibitor action； Effect of Corrosion inhibitor目錄第1章引言1第2章腐蝕、緩蝕劑的基本理論知識 32.1腐蝕的概念與分類 32.2C02腐蝕概述32.2.1 C02腐蝕的定義32.2.2 C02腐蝕的機(jī)理42.2.3 C02腐蝕的影響因素 52.3緩蝕劑概述62.3.1緩蝕劑的定義62.3.2緩蝕劑的分類62.3.3 C02緩蝕劑的作用機(jī)理 72.3.4 C02緩蝕劑緩釋作用的影響因素 82.4國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀92.5本課題的研究內(nèi)容以及目的意義 9第3

8、章實驗裝置以及實驗步驟 113.1試驗主要裝置113.2實驗主要過程和參數(shù)調(diào)節(jié)123.3試驗方案123.3.1緩釋劑濃度對緩蝕劑擴(kuò)散規(guī)律的影響 123.3.3油帽子高度對緩蝕劑擴(kuò)散規(guī)律的影響 13第4章結(jié)果分析與討論144.1加藥濃度對緩蝕劑擴(kuò)散規(guī)律的影響 144.1.1實驗條件144.1.2試驗數(shù)據(jù)及處理 144.2油帽子高度對緩蝕劑擴(kuò)散規(guī)律的影響 19421試驗方法19422試驗數(shù)據(jù)及處理19第5章結(jié)論21致謝22參考文獻(xiàn)23錯誤！未定義書簽附錄A名詞術(shù)語及縮略詞錯誤！未定義書簽第1章引言第1章引言由于在開采石油過程中產(chǎn)生二氧化碳腐蝕，所以使得我們對于如何減緩二氧化碳腐 蝕隨著一方面做了大

9、量研究，對于如何使緩蝕劑作用最大化，這是我們研究的主要目的。本課題的主要目的是在于探究一下緩蝕劑的濃度對緩蝕劑擴(kuò)散規(guī)律的影響。在我們的生產(chǎn)中，是有的開采主要還是采用的注采式方法進(jìn)行采油，也就是說在采 集石油的時候，我們會向井下注入大量的混合液體，因為是有的粘度相對高一下，流動 性也會差一些，所以我們會注入大量的混合溶液當(dāng)做一個驅(qū)動試劑，用以來驅(qū)動有些縫 隙中不好開采的石油。我們用這些混合液體將那些粘度高流動性很差的石油驅(qū)趕到抽油 井口，這樣我們就可以用抽油泵把這些石油慢慢地抽取出來。在我們的日常生產(chǎn)中，這 種方法是非常的常用的，原因在于開采石油都分為三個階段，第一個階段都是由于井下 的地壓的作

10、用會自動的將石油噴發(fā)出來，因為有足夠的壓力，不需要人為采用一些措施， 就可以直接采到石油，可是相對而言，這個第一次采油他的相對含量是很少的，如果我 們已經(jīng)探測出來的為完整的一百分，第一次采油我們所獲得的只會是十五分，還有剩余 的八十五分都還在井下面，從而在這個時候，我們就會采用第二次采油了，當(dāng)油層中的 石油，在噴出一定數(shù)量的時候，因為油層壓力的消失，就會停止自動噴出，但是此時油 層里面還有大量未經(jīng)開采過的石油，這時候我們就必須將余下油層里面的大量石油通過 抽油機(jī)抽出來。但是由于這些石油分布在巖層砂石之中，所以我們必須首先將石油趕到 抽油機(jī)的抽油井口。我們可以采用向油層注入大量的水或者是非混合相

11、注氣以此來補(bǔ)充 油層的能量，從而可以推動油層向油井口慢慢移動，然后這是再通過抽油泵抽出。這一 次我們所獲得的是又要比第一次就多很多了嘛，可以達(dá)到四十分。這是還剩下了一半的 石油還在井下，就是第三次采油了。也就是我們采油過程中最主要的一個步驟了，大量 的注入混合液體，以此來推動石油的運(yùn)動，推動到抽油口，通過抽油泵把石油抽取出來。 在這混合液體中，經(jīng)常就會含有大量的CO2氣體，從而就會形成一個CO2腐蝕問題，以 至于導(dǎo)致石油設(shè)備的損失。從而我們就開展了這樣一個課題，來研究這樣一個項目，在生產(chǎn)中向井地注入大量 的混合液體是我們經(jīng)常用也是到目前為止最為實用的減緩腐蝕的方法。可是對于緩蝕劑的用量，還有加

12、藥周期，以及其他方面的各種成本，都成為了困擾采油的一大難題。有 時候過度的注入緩蝕劑是一大損失，也是對于采油量的一個阻礙，造成了很多不必要的 損失?？墒侨绻刻伲g對于油井管道更加是刻不容緩，也會蒙的很大損失。故而 我們開展了這樣一個研究課題。并且在以往的研究中，很多的科學(xué)家都是采用的靜態(tài)或 者是小流速的狀態(tài)，可是我們的生產(chǎn)大多都是在動態(tài)之中，這樣就面臨了一個問題，研 究的理論是一方面，但是對于實際生產(chǎn)毫無作用。故而這一次我們大膽的采用的動態(tài)測 量法，加大流速用來模擬在實際生產(chǎn)中采油的過程，這一研究結(jié)果對于我們實際生產(chǎn)的 作用則是不言而喻，所以就有了這一次的研究和課題。2第2章腐蝕、緩蝕劑

13、的基本理論知識第2章 腐蝕、緩蝕劑的基本理論知識2.1腐蝕的概念與分類腐蝕，是由于金屬材料與環(huán)境反應(yīng)，從而引起的材料的失效過程。這一過程主 要是金屬與介質(zhì)之間發(fā)生的電化學(xué)作用、化學(xué)作用或者物理作用，使金屬從穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn) 入到被氧化不穩(wěn)定的狀態(tài)。金屬材料的力學(xué)性能會因這些反應(yīng)的發(fā)生從而形成顯著降 低，比如強(qiáng)度降低，塑性變?nèi)醯鹊?。更加重要的是，它還會使金屬的內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)發(fā)生 破壞發(fā)生病變，嚴(yán)重影響我們生活中使用的設(shè)備的使用壽命，有些時候會發(fā)生更加嚴(yán)重 的事件，比如說火災(zāi)，由于材料的腐蝕性問題，導(dǎo)致線頭裸漏，從而形成火災(zāi)，這都是 很有可能發(fā)生的，這對我們的日常生活來說，威脅是很大的。我們在研究過程中，

14、一般會按照以下幾個方面將腐蝕進(jìn)行分類。首先按照腐蝕機(jī) 理來分，腐蝕可分為電化學(xué)腐蝕、物理腐蝕和化學(xué)腐蝕；其次按照腐蝕環(huán)境來分，腐蝕 可分為自然環(huán)境下的腐蝕和工業(yè)介質(zhì)中的腐蝕；最后按照腐蝕破壞形式來分，腐蝕可分 為全面腐蝕、局部腐蝕和應(yīng)力腐蝕1-2。2.2 CO2腐蝕概述2.2.1 CO2腐蝕的定義CO2腐蝕是在我們生產(chǎn)石油行業(yè)中一種十分普遍的腐蝕現(xiàn)象。這種現(xiàn)象根據(jù)歷史記 載，最早發(fā)現(xiàn)的時間是在美國的1924年的時候，一般以為在相同的pH值下，CO2的水 溶液要比鹽酸水溶液的腐蝕性在一定情形上要強(qiáng)很多。我們世界的學(xué)者關(guān)于CO2腐蝕性的研究性報告，最早的提出時間是在大概 1940年以后。從1972

15、年以后，由于在深層 次中含有大量CO2的氣藏開發(fā)以及在三次采油中大量地注入 CO2氣體以此用來強(qiáng)化采 油工藝的的方法得到廣泛化應(yīng)用。 從此以后，人們就慢慢地把CO2的腐蝕性問題拉入了 重點研究對象的名目中，人們也開始了大量的研究CO2腐蝕。美國國家腐蝕工程師協(xié)會（即NACE）也實時成立了 T-IC小組，專門來進(jìn)行CO2腐蝕以及其防護(hù)措施的研究。 在CO2溶于水之后，相同的pH值下，它的酸度要比鹽酸高，因此它對鋼的腐蝕要比鹽 酸的作用嚴(yán)重得多。當(dāng)在油井中，CO2的分壓達(dá)到一定數(shù)值的時候，就會很容易的導(dǎo)致 設(shè)備的損壞以及事故的發(fā)生，從而這就會給石油天然氣產(chǎn)業(yè)帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。到目前為止，我們還沒

16、有很好地解決 CO2的腐蝕性問題。在很多油井之中，CO2的腐蝕性問 題還是相當(dāng)?shù)膰?yán)重。我國的埋地管道八成都是在1978年以前建設(shè)成功的，到了現(xiàn)在，大多數(shù)都已經(jīng)進(jìn)入了老齡化時期，漏油的事件也經(jīng)常發(fā)生，因此呀，CO2腐蝕也成為了石油工業(yè)生產(chǎn)中迫切需要解決的問題3-5。2.2.2 CO2腐蝕的機(jī)理在CO2腐蝕的環(huán)境中，鋼鐵的腐蝕是一個十分復(fù)雜的現(xiàn)象，很是需要我們進(jìn)行深入 的研究探索以及進(jìn)一步的討論。其實呀，我們已經(jīng)提出了很多很多的腐蝕機(jī)理，可是， 每一項機(jī)理他的適用范圍就是很小。有的要不是沒有得到廣泛的認(rèn)可，要不就是需要有 特定的實驗條件。一般說來，CO2溶于水之后會形成H2CO3,由于它不是強(qiáng)酸，

17、所以不會全部的分解， 從我們的化學(xué)角度上面來講，它是一種很弱的酸：CO2+ H2O-> CO2H2O=H2CO3-> H+ HCO3-現(xiàn)在已經(jīng)有許多關(guān)于CO2溶于在鋼鐵表面時的速率控制步驟（RDS）,陰極反應(yīng)的控 制步驟可能有以下：Sche nk：(HCO3_)：H+ e_=H;2H=H2；(2)De Daard和 MilliamsH2CO3 + e_=H + HCO3-RDS(3)HCO3一+H+=H2CO32H=H2(4)Ougndele和 White:HCO3- + e_=H + CO32-RDS(5)HCO3 + H + e =H2+ CO32(6)然而，Ougndele的

18、機(jī)理只適用于在堿性條件之下，對于酸性則不合適。但是對于 De Daard和Milliams他倆的理論機(jī)理僅僅只是一種理論上的假設(shè)。最近的 Crolet等人提 出了的反應(yīng)可能是到目前為止最合適的機(jī)理。根據(jù)文獻(xiàn) ，我們可以知道，鐵在CO2腐 蝕環(huán)境中的陽極溶解趨勢，在不同的酸堿值下，這個過程就會有不一致的 RDS。我們很 容易得出這樣一個結(jié)論：溶液之中的CO2的濃度以及已經(jīng)溶解的CO2擴(kuò)散到鋼鐵表面的 速率對我們這個反應(yīng)和腐蝕速率有著很大的影響，并且溶液中的每一種溶解物對陰極反 應(yīng)都有著很重大的影響。2.2.3 CO2腐蝕的影響因素影響CO2腐蝕的因素有很多，但是在常規(guī) CO2分壓且無大量H2S的

19、條件下影響其 腐蝕的因素有：（1） ,介質(zhì)中H2O含量對CO2腐蝕的影響無論在氣相還是在液相中，水對于試樣表面的侵濕作用一般都是導(dǎo)致最后 CO2腐蝕發(fā)生的最主要的原因和因素。一般我們會 得出一個結(jié)論：CO2的腐蝕速度會隨著試樣表面的含水量的增加，而出現(xiàn)上升的趨勢。 一般呢，也會出現(xiàn)一個最大的增幅峰值，那是在含水率達(dá)到45%的時候，CO2的腐蝕性會增加到最大的幅值。我們抽油泵抽出來的油水混合介質(zhì)，在注采井中會慢慢地形成乳 化液，因此一些學(xué)者就會提出這樣一個結(jié)論：形成一個判據(jù)，以30%的含水量作為是否會發(fā)生CO2腐蝕的一個理論上的行為判據(jù)。當(dāng)然，這個也是有一定的條件的，這與油的 成分有關(guān)。9（2）

20、 ，CO2分壓及系統(tǒng)總壓對腐蝕的影響當(dāng)CO2分壓低于0.048MPa時,易發(fā)生CO2的均勻性腐蝕；當(dāng)CO2分壓在0.0480.21MPa的時候，那么在這個時候就會發(fā)生 腐蝕程度為中度腐蝕的小孔腐蝕現(xiàn)象；當(dāng)CO2分壓大于0.21MPa時，這個時候就會發(fā)生非常嚴(yán)重的局部性腐蝕，這個是最強(qiáng)烈的。（3） ，溫度對CO2腐蝕的影響一般在生活中，由于溫度的不斷變化，從而發(fā)生的反應(yīng)也不相同，所以我們一般情況下都會將溫度對鐵的影響分為大概四個階段：當(dāng)T< 40 C時，反應(yīng)產(chǎn)物大多為FeCO3,他的性能特點是軟而無附著力，表面光滑, 主要發(fā)生均勻性腐蝕；當(dāng)溫度在60110 C這個區(qū)間之內(nèi)的時候，會生成腐蝕

21、產(chǎn)物膜，它會有一定的保護(hù) 性作用，可以防止腐蝕的進(jìn)一步進(jìn)行，這個溫度區(qū)間局部腐蝕較嚴(yán)重；當(dāng)溫度在110 C附近的時候，均勻性腐蝕它的速度在這個溫度區(qū)間是最高的，局部 腐蝕也是相當(dāng)?shù)膰?yán)重，會產(chǎn)生一系列的深坑組織，腐蝕產(chǎn)物一般為FeCO3粗結(jié)晶，它的 形態(tài)特征是厚而且松；當(dāng)溫度在150 C以上時，這個時候就會很快的生成組織細(xì)致、 緊密、附著力很強(qiáng)很 強(qiáng)的F62CO3和Fe3O4膜，這個膜有很厲害的阻止進(jìn)一步腐蝕的作用， 從而就會導(dǎo)致在這個溫度之后，腐蝕的速率會大大的降低。鋼種的不同和環(huán)境介質(zhì)參數(shù)的差異以我們需要以具體的問題來進(jìn)行具體分析（4）溶液成分對CO2腐蝕的影響，對腐蝕溫度規(guī)律也會產(chǎn)生非常之

22、大的影響，所10油田水中成分復(fù)雜，含有多種離子（Ca+，Mg +，HCO，C等）和02, H2S, CO2等氣體，溶液成分和含量對 CO2腐蝕有很大影響。（5）流速對C02腐蝕的影響在注采井作業(yè)過程中，流速對C02流體流動狀態(tài)有影響。2.3緩蝕劑概述2.3.1緩蝕劑的定義緩蝕劑是以適當(dāng)?shù)臐舛群托问酱嬖谟诃h(huán)境（介質(zhì)）中時，可以防止或減緩材料腐蝕的 化學(xué)物質(zhì)或復(fù)合物，因此緩蝕劑也可以稱為腐蝕抑制劑。腐蝕介質(zhì)中緩蝕劑的加入量很 少，通常為0.1%-1%。由于它具有成本低、操作簡單、見效快、能保護(hù)整體設(shè)備、適合 長期保護(hù)的特點，因此添加緩蝕劑是一種效果顯著的防腐措施，是油氣田設(shè)備防護(hù)的最 佳措施之一。

23、11緩蝕劑用于中性介質(zhì)（鍋爐用水、循環(huán)冷卻水）、酸性介質(zhì)（除鍋垢的 鹽酸，電鍍前鍍件除銹用的酸浸溶液）和氣體介質(zhì)（氣相緩蝕劑）。2.3.2緩蝕劑的分類目前國內(nèi)常用的緩蝕劑可分為成膜型緩蝕劑和吸附型緩蝕劑等。成膜型緩蝕劑主要是諸如鉻酸鹽，亞硝酸鹽等無機(jī)物，應(yīng)用于中型介質(zhì)。它的性能良好，至今沒有可以替 代它的更好的產(chǎn)品；但是，這些緩蝕劑往往用量大，可行性差，而且當(dāng)緩蝕劑用量不足 時反而會導(dǎo)致嚴(yán)重的局部腐蝕。更為嚴(yán)重的是它具有毒性，對環(huán)境有污染作用；因此， 在對環(huán)境問題越來越重視的今天，成膜型緩蝕劑的應(yīng)用越來越受到局限，對它的研究也 比較少。而吸附型緩蝕劑在國內(nèi)外應(yīng)用較為普遍，如鏈狀有機(jī)胺及其衍生物

24、，咪唑啉及其鹽 或咪唑啉衍生物季銨鹽類，松香胺衍生物；其他有機(jī)化合物（磺酸鹽，亞胺乙酸衍生物及炔醇類）。并且有機(jī)胺、有機(jī)胺鹽、咪唑啉衍生物、季銨鹽類被普遍認(rèn)為緩蝕效果偏好。12目前國內(nèi)的緩蝕劑品種眾多，適用的環(huán)境也各不相同。其中適用于油氣井的CO2緩蝕劑有由中國石油西南油氣田分公司天然氣研究院研發(fā)的CT2-1 （油溶性，抑制油氣井H2S、CO2、Cl-）, CT2-4 （水溶性），CT2-14 （適用于產(chǎn)水量大的井），CT2-15 （油溶于 水分散性）；陜西省石油化工研究設(shè)計院腐蝕與防護(hù)技術(shù)研究所研發(fā)的AH-304油田酸化緩蝕劑，SD-815油田注水緩蝕劑；中國石油天然氣集團(tuán)公司石油管材研究所

25、研制的 TG100、TG300抗CO2腐蝕注水緩蝕劑等。12某些緩蝕劑對金屬表面的殘余影響具有很 大的實用性，在一些油水兩相溶液中某些緩蝕劑能夠很好的溶解于有機(jī)相中；而在水相 中其對金屬的保護(hù)作用降低。這種情況應(yīng)當(dāng)在選擇合適的緩蝕劑濃度時考慮到。2.3.3 CO2緩蝕劑的作用機(jī)理日常生活中，主要是在水溶液中進(jìn)行緩釋處理，而這種情況下，我們大多用的都是 吸附性緩蝕劑，那么在此我們就主要分析一下吸附膜型緩蝕劑的作用機(jī)理。它的作用機(jī) 理主要是形成緩蝕劑膜，緩蝕劑分子，特可以分為極性基還有非極性基，當(dāng)二者同時作 用的時候就會形成一張緩蝕劑膜，從而延緩腐蝕的進(jìn)行，膜的形成可以用一下來形容： 當(dāng)緩蝕劑分子

26、有極性基的那一頭，慢慢地在金屬表面附著在上面時，它的另外一個非極 性基就會由于分子間作用力的作用慢慢地結(jié)合在一起，從而像織網(wǎng)一樣，結(jié)成一張大的 緩蝕劑膜，從而起到緩蝕的效果。慢慢地提高腐蝕反應(yīng)的活化能，可以在一定程度上減 緩腐蝕速度；另一方面，非極性基的隔離作用將金屬表面和腐蝕介質(zhì)二者從根本上分離 開來，也就是說這樣一來將反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移從其根部直接打斷，無法再讓其繼續(xù)下去， 無法轉(zhuǎn)移，反應(yīng)就無法進(jìn)行下去，腐蝕就不會發(fā)生，從而就會達(dá)到緩蝕的效果。在這里， 我們要提一下關(guān)于物理吸附的概念，如果緩蝕劑分子在金屬表面的附著吸附作用他的動 力來自于緩蝕劑離子和金屬表面的很多帶電粒子二者之間的分子間作用力

27、以及還有他 們這兩個帶電荷的粒子之間的靜電力的話，那么我們稱這種吸附方式為物理吸附。這種 物理吸附有很多的特點：它的速度快，具有可逆性，吸附時需要的能量很小，受溫度的 影響也是非常的小，基本不會隨溫度變化而變化，最重要的一點，在金屬與緩釋劑二者 之間沒有特定的組合方式，即是可以隨便組合。例如，有機(jī)胺類化合物在酸性介質(zhì)中， 氮原子接受一個質(zhì)子而轉(zhuǎn)化為烷基胺陽離子，該陽離子被金屬表面帶負(fù)電荷部分所吸7第2章腐蝕、緩蝕劑的基本理論知識引，形成單分子的吸附層，就是典型的物理吸附12 o2.3.4 CO2緩蝕劑緩釋作用的影響因素在生產(chǎn)中，對于緩蝕劑的作用有所影響的因素是有很多的，有內(nèi)在的，還有外在的。內(nèi)

28、在的有緩蝕劑的結(jié)構(gòu)、分子大小、本身性質(zhì)等等一些；而外在的就更加多了，后面我 們即會提及。很多緩蝕劑具有專一性，只對某些金屬起作用。此外，緩蝕劑濃度、溫度、 水流流速、材料表面狀態(tài)、緩蝕劑之間的協(xié)同作用都會或多或少的影響到緩蝕劑緩蝕作 用的效率。在本課題中主要探討的是緩蝕劑濃度對緩蝕劑起作用的影響，所以我們在這里就只討論了這一個點。下面我們可以大致的將其影響結(jié)果分為三個類別：(1) 緩蝕劑的濃度相對而言越高，它起到的緩蝕效果就會越好，而這是成正比例關(guān) 系的。大量的有機(jī)或者無機(jī)緩蝕劑在低酸性的中性介質(zhì)中，都屬于這一類情況。在這種 情況下，我們就會考慮一個中庸的方法，緩蝕劑作用最好，并且消耗也最少的

29、一種雙贏 的方式。(2) 在某一濃度下，緩蝕劑效率最高。這時就應(yīng)該按照這個制定濃度合理添加，否則反而會事倍功半，加的越多，效果反而越差。例如20mg/L的硫化二乙二醇，這個緩蝕劑，他就有一個特定的情況，僅僅是對在150mg/L鹽酸中的鋼的緩蝕效率，才能達(dá) 到一個最大值。(3) 當(dāng)緩蝕劑濃度不足時，會發(fā)生腐蝕增強(qiáng)和點腐蝕的現(xiàn)象。這種情況下就要時 刻保持緩蝕劑濃度，擇量擇時添加，以達(dá)到最優(yōu)緩蝕效果。溫度對緩蝕劑效率的影響是一個綜合性非常強(qiáng)的過程，是十分復(fù)雜的，不相同的溫 度，對于最后的緩蝕效果也是有很大差別。有時候緩釋效率會隨著溫度的升高而慢慢增 加；相反，有時隨著溫度降低，緩蝕劑的緩蝕效率反而會

30、更好；有時在一定溫度范圍內(nèi) 緩蝕效率不受影響，但一旦超過某一變化值，緩蝕效率會驟然降低。流速對緩蝕效率的影響同樣很大，一般有以下三種情況：(1) 流速加快，緩蝕效率下降，甚至緩蝕劑反而變成腐蝕促進(jìn)劑。(2) 流速加快，緩蝕效率上升，這個主要是因為流速可以幫助緩蝕劑的加速擴(kuò)散， 可以使他快速的到達(dá)金屬的表面，可以使它起作用(3) 不同濃度下，流速對緩蝕效率出現(xiàn)復(fù)雜變化。這種情況就較為復(fù)雜了。 緩蝕劑靠吸附在材料表面起作用，所以材料表面狀態(tài)對緩蝕效率有很大影響。金屬 材料的純度和表面狀態(tài)都會影響緩蝕效率。13-142.4國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀CO2腐蝕被認(rèn)為是石油天然氣開發(fā)中最主要的腐蝕問題之一。特別是

31、近年來，我國許多大型油田已相繼進(jìn)入中后開采期，原油綜合含水率大幅度上升，產(chǎn)出水礦化度也急劇 升高，同時伴有大量的侵蝕性物質(zhì)，如C02、Cl-、少量溶解氧等由于這些因素及其交互作用的影響，油氣生產(chǎn)系統(tǒng)遭受嚴(yán)重腐蝕，油田安全生產(chǎn)受到了嚴(yán)重威脅并蒙受巨大 的經(jīng)濟(jì)損失為有效地解決這一系統(tǒng)的腐蝕問題，常采用添加緩蝕劑的方法國內(nèi)外的學(xué)者對這方面做了很多研究。但目前所做的研究中基本上都是針對靜態(tài)、低流速(準(zhǔn)靜態(tài))和由氣/液兩相所形成的彈狀流(slug flow)條件,為了提高油氣開采和輸運(yùn)過程的效率，必 然會加大流速，此時油/氣/水多相流對注采設(shè)備會造成極大的危害，國內(nèi)外對緩蝕劑在 這種高流速情況的緩蝕理論

32、及合理利用的研究還十分缺乏，以靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)(低速攪拌)條件下的實驗和理論為基礎(chǔ)研制和篩選出的緩蝕劑能否適合于高流速、多相流的工礦條件尚需進(jìn)一步研究證實.為深入研究緩蝕劑在動態(tài)下的性能，了解緩蝕劑在靜態(tài)條件下的 性能相當(dāng)必要。在實際生產(chǎn)中，緩蝕劑的擴(kuò)散大都是在動態(tài)條件之下，而以往研究的結(jié) 果大都是在靜態(tài)或者準(zhǔn)靜態(tài)這樣一個條件之下，所以導(dǎo)致只是理論上有用，對于實際生 產(chǎn)的作用卻是很小。為此，我們課題組這一次就做了關(guān)于在動態(tài)條件下，各種因素對于 緩蝕劑擴(kuò)散的影響。這也是我們實驗的一個大的特點，也是一個大的突破點2.5本課題的研究內(nèi)容以及目的意義因為C02腐蝕的腐蝕性問題，油田安全生產(chǎn)受到了嚴(yán)重威脅。

33、為了很好有效地解 決這一系列的腐蝕問題，經(jīng)常采用添加緩蝕劑的方法來減慢腐蝕的發(fā)生。國內(nèi)外的學(xué)者都對這方面做了很多研究，但是其成果還不是很多。到目前為止，無論是國內(nèi)還是國外， 所做的研究中基本上都是針對靜態(tài)、低流速（準(zhǔn)靜態(tài)）和由氣/液兩相所形成的彈狀流（slug flow）條件,但是為了提高油氣開采和輸運(yùn)過程的效率，必然會加大流速，此時油/氣/水多相流對注采設(shè)備會造成極大的危害，還有很多理論都處于在研究階段，并沒有很快的就 運(yùn)用到實際生產(chǎn)之中。為深入研究緩蝕劑在動態(tài)下的性能，了解緩蝕劑在靜態(tài)條件下的性 能相當(dāng)必要。15-16在現(xiàn)在的實際生產(chǎn)中，我們向井下注入大量的緩蝕劑是我們現(xiàn)在減緩井下油管腐

34、蝕的主要方法，也是到目前為止最有有效的方法。但是現(xiàn)在，在往井下注入大量緩蝕劑 之前，我們要對緩蝕劑的種類，作用等等進(jìn)行多重的選擇，以達(dá)到一個效果最好的。因 為在井下有很多不穩(wěn)定的因素，比如出液速度，溫度，CO2的分壓，酸堿度等等一些因素，這些因素都有可能會導(dǎo)致抽油管的破裂，有時會產(chǎn)生應(yīng)力裂紋形成瞬間斷裂造成很 大的損失。目前國內(nèi)外很多學(xué)者在這一領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)行了長期和大量的研究工作，用以制 定出切合實際的防止CO2腐蝕的方法并建立腐蝕速率預(yù)測模型。17-18處于CO2腐蝕環(huán)境中的金屬，其表面往往會形成一層主要由FeCO3, Fe3O4和Fe2O3等組成的腐蝕膜，這種腐蝕膜的組成、結(jié)構(gòu)、形貌大多都是

35、取決于環(huán)境條件和金 屬材料的組成及其結(jié)構(gòu)狀態(tài)。而且金屬的腐蝕速率和腐蝕形態(tài)也與腐蝕產(chǎn)物的組成有 關(guān)。Malik等初步探討了腐蝕產(chǎn)物（FeCQ，F(xiàn)e3O4）膜上緩蝕劑的吸附模型；S.Ramacha ndrar等研究了緩蝕劑對提高腐蝕產(chǎn)物膜抗剪切應(yīng)力的。由于腐蝕產(chǎn)物膜的表 面和碳鋼基體的表面二者之間存在著相當(dāng)大的區(qū)別，所以最終會導(dǎo)致緩蝕劑的吸附行為會因為腐蝕的進(jìn)一步進(jìn)行從而發(fā)生一些意料之外的變化。因此，研究緩蝕劑在金屬基體 和在腐蝕產(chǎn)物膜上的吸附行為，對于緩蝕劑的注入方式、注入量及注入周期有重要的理論 和現(xiàn)實意義。19本課題主要是通過線性極化技術(shù)，研究緩蝕劑在井筒上的擴(kuò)散與附著規(guī)律。依據(jù)井 筒內(nèi)環(huán)

36、境的差異，將其分為三個區(qū)：環(huán)空區(qū)、油帽子區(qū)和油氣水混合區(qū)，禾U用緩蝕劑擴(kuò) 散動態(tài)模擬裝置，考慮投入方式、CO2氣體含量、流速、緩蝕劑加入量、產(chǎn)液速度、產(chǎn) 出液（采出水、混合油氣水、采出油）等影響因素，進(jìn)行緩蝕劑擴(kuò)散與附著試驗研究， 明確緩蝕劑在井筒的擴(kuò)散規(guī)律，為緩蝕劑的注入方式、加藥量與注入周期提供參考數(shù)。19-2010第3章實驗裝置以及實驗步驟3.1試驗主要裝置第3章實驗裝置以及實驗步驟1.CST800E多通道快速腐蝕測試儀2自制井液流態(tài)模擬裝置套管外徑檢測口 4檢測口 2 L檢測口 1出液口出液口加料口進(jìn)液口73 mm，帶扶正，N80材質(zhì)；接管為6分管，外接端是外螺紋。13實驗裝置的模擬動

37、態(tài)圖如圖3-1所示圖3-1模擬動態(tài)裝置示意圖3.2實驗主要過程和參數(shù)調(diào)節(jié)1由進(jìn)液口的流量表和出液口的調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)產(chǎn)液速度；2由加料口來加注緩蝕劑和原油，同時也需要控制這二者的量；3.通過檢測口檢測緩蝕劑的作用；4用CST800E多通道快速腐蝕檢測樣液的腐蝕速率；5. CO2從進(jìn)液口前端注入，由實驗飽和時間、產(chǎn)液速度確定進(jìn)液口的盤管長度，使CO2達(dá)到飽和；6. 利用理論分析方法與腐蝕速度的測試數(shù)據(jù)，推測緩蝕劑擴(kuò)散位置的濃度。3.3試驗方案3.3.1緩釋劑濃度對緩蝕劑擴(kuò)散規(guī)律的影響實驗條件：飽和C02、常溫、水壓；產(chǎn)業(yè)速度：12.5L/min。試驗方法：（1）將水注入模擬裝置，通過加料口或放氣口的

38、閥門調(diào)節(jié)液位；逐步提高并達(dá)到預(yù)定的產(chǎn)液速度，觀察、調(diào)節(jié)液位，直至液位穩(wěn)定；（2）由進(jìn)料口用泵抽入預(yù)定濃度的1L緩蝕劑，由CST800E多通道快速腐蝕測試 儀通過4個檢測口檢測、記錄緩蝕效果與起效時間；（3）反復(fù)放空、注水，清洗模擬裝置，重復(fù)上述步驟，進(jìn)行下一產(chǎn)液速度的試驗；（4） 產(chǎn)液速度取12.5 L/min，緩蝕劑加藥量為1 L,緩蝕劑濃度分別為1： 3原液、750 ppm、550 ppm、250 ppm。（5） 1L緩蝕液的灌注時間約為10s，考慮取樣耗時，取樣時間定為灌注后 0.5min、1 min、2 min。（6） 液柱高度對應(yīng)檢測口分別為 0.5 m、1.0 m、1.5 m和2.

39、0 m。3.3.3油帽子高度對緩蝕劑擴(kuò)散規(guī)律的影響研究常溫、常壓、飽和CO2的靜態(tài)條件下，油帽子對緩蝕劑擴(kuò)散規(guī)律的影響規(guī)律。實驗條件：加藥濃度取750 ppm,加料量取1 L,乳化劑型號為OP-10。試驗方法：利用線性極化技術(shù)，用自制井液流態(tài)模擬裝置進(jìn)行實驗，套管下端加水，上端 加油。然后添加不同濃度的緩蝕劑（從原液起、逐步降低濃度，如果緩蝕劑原液能夠通 過油帽子，實驗只采用這個濃度），通過記錄油帽子以下的檢測口的緩蝕起效時間來處 理、分析緩蝕劑是否已通過油帽子（油帽子的厚度分別在1-2.5米取4個值（1m、1.5 m、2 m、2.5 m），分別處于四個檢測口之上，便于檢測），從而確定緩蝕劑在

40、油帽子中的擴(kuò) 散規(guī)律和加藥濃度。然后通過計時器記下緩蝕劑通過各個檢測口時的時間。第4章結(jié)果分析與討論第4章結(jié)果分析與討論4.1加藥濃度對緩蝕劑擴(kuò)散規(guī)律的影響4.1.1實驗條件飽和C02、常溫、水壓；產(chǎn)業(yè)速度：12.5L/min。試驗方法：（1）將水注入模擬裝置，通過加料口或放氣口的閥門調(diào)節(jié)液位；逐步提高并達(dá)到 預(yù)定的產(chǎn)液速度，觀察、調(diào)節(jié)液位，直至液位穩(wěn)定；（2）由進(jìn)料口用泵抽入預(yù)定濃度的1L緩蝕劑，由CST800E多通道快速腐蝕測試 儀通過4個檢測口檢測、記錄緩蝕效果與起效時間；（3）反復(fù)放空、注水，清洗模擬裝置，重復(fù)上述步驟，進(jìn)行下一產(chǎn)液速度的試驗；（4）產(chǎn)液速度取12.5 L/min，緩蝕

41、劑加藥量為1 L,緩蝕劑濃度分別為1： 3原液、 750 ppm、550 ppm、250 ppm。（5） 1L緩蝕液的灌注時間約為10s，考慮取樣耗時，取樣時間定為灌注后 0.5min、 1 min、2 min。（6）液柱高度對應(yīng)檢測口分別為 0.5 m、1.0 m、1.5 m和2.0 m。4.1.2試驗數(shù)據(jù)及處理表4-11： 3原液的緩蝕率（）到頂液面距離取樣時間/min/m0.51.01.52.00.571.073.063.964.01.071.680.864.463.32.044.262.466.846.8400.51.01.5擴(kuò)散距離/m2.0o o o O8 7 6 5 於率蝕緩圖4

42、-11: 3原液緩蝕率的分布變化從這個圖像上可以看出：在這個濃度下，我們可以很明顯的看到一個趨勢，緩蝕劑 的效果是非常明顯的，就拿距離為一米的來講，緩蝕劑作用在一分鐘的時候達(dá)到最大， 因為緩蝕劑的起作用，在一定程度上是需要預(yù)膜時間的，所以在形成膜之前他的緩蝕劑 作用并不是最大的，所以就會出現(xiàn)如圖中所示的曲線。表4-2 750 ppm的緩蝕率（）到頂液面距離/m取樣時間/min0.51.01.52.00.559.459.247.440.41.045.244.339.134.62.051.139.644.532.4300.51.01.5擴(kuò)散距離/m2.0o o O6 5 4 淪率蝕緩圖4-2 75

43、0 ppm緩蝕率的分布變化從這個圖像可以看出：在這個圖中，可以看到一個大的趨勢，隨著距離的越來越遠(yuǎn), 緩蝕劑的緩蝕作用都在普遍下降。在12.5 L/min這樣一個產(chǎn)液速度下，由于其本身濃度 也很低，所以就會導(dǎo)致隨著往下擴(kuò)散，其濃度就會越來越低，從而我們也可以大致的知 道這樣一個結(jié)論：緩釋劑的作用隨著濃度的降低會越來越差。表4-3 550 ppm的緩蝕率(%)一到頂液面距離/m取樣時間/min0.51.01.52.00.560.549.261.50.11.035.433.827.4-21.7*2.024.84.242.012.1注：*不合理數(shù)據(jù)00.51.01.52.0擴(kuò)散距離/mO654O 5

44、3 1於率蝕緩圖4-3 550 ppm緩蝕率的分布變化從這個圖中可以看出：我們設(shè)定當(dāng)緩釋率低于30%的時候，我們可以認(rèn)為緩蝕劑不 起作用。在這個圖像中，一分鐘還有兩分鐘的大都可以以為緩蝕劑作用很小，可以基本 上以為它沒有起作用。也可以得出濃度越小，效果越差，對緩蝕劑的擴(kuò)散規(guī)律影響越小。表4-4 250 ppm的緩蝕率（）取樣時間/min0.51.01.52.0U頂液面距離/m0.551.231.643.135.41.058.737.429.90.92.040.343.424.23.9圖4-4 250 ppm緩蝕率的分布變化從這個圖中可以看出，這個是相當(dāng)?shù)拿黠@，隨著時間和擴(kuò)散距離的增長。緩蝕劑的

45、 效果都在大幅度的下滑，從側(cè)面也可以了解到，緩蝕劑濃度的降低會直接導(dǎo)致緩蝕劑擴(kuò) 散速度的下降。圖4-50.5分鐘時不同濃度注液緩蝕率的分布從圖4-2到圖4-5可以看出，緩蝕劑的緩蝕率隨取樣時間的延長和擴(kuò)散距離的增大 基本呈下降趨勢，但規(guī)律并不明顯。緩蝕劑濃度越低，其緩蝕效果的持續(xù)時間越短，當(dāng) 添加的緩蝕劑濃度低于750ppm時，12.5L/min的流速下2min左右緩蝕效果幾乎就消失 了；緩蝕劑濃度越低，在一定擴(kuò)散距離處的擴(kuò)散效果越不明顯。與菲克擴(kuò)散規(guī)律的相符。從圖4-6可以看出，緩蝕劑濃度較高時，緩蝕劑分布較平緩，說明環(huán)境中濃度梯度較平緩，在裝置中擴(kuò)散較充分，得出結(jié)論，高濃度加注液有利于緩蝕

46、劑的擴(kuò)散。因此, 現(xiàn)場加注時選擇的緩蝕劑濃度越高，緩蝕效果相對更好。4.2油帽子高度對緩蝕劑擴(kuò)散規(guī)律的影響研究常溫、常壓、飽和CO2的靜態(tài)條件下，緩蝕劑濃度為750ppm在油帽子中的擴(kuò) 散規(guī)律。4.2.1試驗方法利用線性極化技術(shù)，用自制井液流態(tài)模擬裝置進(jìn)行實驗，套管下端加水，上端加 油。然后添加不同濃度的緩蝕劑（從原液起、逐步降低濃度，如果緩蝕劑原液能夠通過 油帽子，實驗只采用這個濃度），通過記錄油帽子以下的檢測口的緩蝕起效時間來處理、 分析緩蝕劑是否已通過油帽子（油帽子的厚度分別在1-2.5米取4個值（1m、1.5 m、2 m、 2.5 m），分別處于四個檢測口之上，便于檢測），從而確定緩蝕

47、劑在油帽子中的擴(kuò)散規(guī)律 和加藥濃度。然后通過計時器記下緩蝕劑通過各個檢測口時的時間。4.2.2試驗數(shù)據(jù)及處理表4-5緩蝕劑起效時間油帽咼度/m緩蝕劑注入量：1L緩蝕劑注入量：3L0.545*121.080*221.535312.04642注：*為4月19日降溫后測量的數(shù)據(jù)。圖4-7油帽高度與緩蝕液起效時間的關(guān)系由于原油較稠，緩蝕劑通過油帽的速率很慢，從圖5-6可以看出，降溫原油稠度增大后，緩蝕劑的通過時間顯著增大，這說明溫度的變化能明顯影響原油的黏度大小，從 而影響到緩蝕劑通過油帽子的速率，因此在實際現(xiàn)場往井里添加緩蝕劑時必須考慮季節(jié) 溫度的差異對緩蝕劑穿過油帽子的速率的影響。從圖4-7還可以

48、看出，緩蝕劑通過油帽的時間與油帽高度基本呈線性關(guān)系， y=0.3x+0.05，y是通過油帽子的時間，單位是 h; x是油帽子的高度，單位是 m?？赡苁怯捎诰徫g劑不溶于原油，其僅在重力作用下通過油帽子，另外，加大緩蝕劑 的添加量可以減小緩蝕劑通過油帽的時間，但效果并不顯著。20第5章結(jié)論第5章結(jié)論1高濃度加注液有利于緩蝕劑的擴(kuò)散。因此，現(xiàn)場加注時選擇的緩蝕劑濃度越高， 緩蝕效果相對越好。2由于石油的粘度受溫度的影響比較大，所以這也直接導(dǎo)致了緩蝕劑在油帽子中的 擴(kuò)散規(guī)律也受到溫度的很大影響。這個在實際生產(chǎn)中也是一個重大因素，在不同季節(jié)加 藥時的周期也會隨著溫度的變化有很大的變化。在一個季節(jié)，緩蝕劑

49、通過油帽子的時間 與油帽子的高度呈直線關(guān)系：y=0.3x+0.05, y是通過油帽子的時間，單位是 h； x是油 帽子的高度，單位是m。3.緩蝕劑在水中擴(kuò)散很快，大約是在油帽子中擴(kuò)散速率的1200多倍，緩蝕劑在水中 擴(kuò)散到井底所用的時間和緩蝕劑穿過油帽子所用的時間加和得到的值，可作地為現(xiàn)場加藥周期的一個參考。21大學(xué)四年的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，在此，我要感謝所有曾經(jīng)教導(dǎo)過我的老師和關(guān)心過 我的同學(xué)，他們在我成長過程中給予了我很大的幫助。本文能夠成功的完成，要特別感 謝我的導(dǎo)師石志強(qiáng)教授和侯振波副教授的親切關(guān)懷和教導(dǎo)。在實驗過程中，侯老師不厭其煩的給我答疑解惑，無論是實驗開始前的歷次講解還 是實驗過程中的諄諄教誨，都讓我加深了不僅對對本課題還有相關(guān)知識的認(rèn)識，這對后 來實驗的進(jìn)行有著很大