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模拟钻井液中复合缓蚀剂的研究

作　者: 邹家素
导　师: 杜敏
学　校: 中国海洋大学
专　业: 海洋化学
关键词: 模拟钻井液复合缓蚀剂 G105钢高温电化学阻抗
分类号: TG174.42
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在钻井工程中,钻具腐蚀是普遍存在的问题,当钻遇不同地层时,钻井液的pH值、温度、盐度、溶解气体种类及其含量发生变化,钻具的腐蚀类型与速度也会随之改变,因此研制一种适合不同条件的钻井液缓蚀剂具有重要意义。通过静态失重法研究了G105钢在模拟钻井液(天然海水、酸性海水和高密度盐水)中不同温度时的腐蚀规律,同时考察了由壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯等组成的复合缓蚀剂的缓蚀效果；通过动态失重法考察了复合缓蚀剂在70℃动态模拟钻井液中的缓蚀效果；利用极化曲线法、电化学阻抗谱法和表面形貌观察法研究了复合缓蚀剂的缓蚀机理；运用电化学阻抗谱法评价了缓蚀膜的持久性和耐蚀性。失重实验结果表明,三种模拟钻井液的腐蚀性大小顺序为：高密度盐水>酸性海水>天然海水；该复合缓蚀剂能有效抑制G105钢在三种模拟钻井液中的腐蚀,高温缓蚀效果优于低温,70℃的缓蚀效果最好。在70℃、90℃天然海水中当缓蚀剂浓度为150 mg/L时,缓蚀率分别为98.1%、95.2%；在70℃、90℃酸性海水和高密度盐水中,最佳缓蚀剂浓度比天然海水中用量高,但等于或低于300mg/L,对应的缓蚀率都达到75%以上。在70℃动态天然海水、酸性海水和高密度盐水中,缓蚀率分别达98.5%、86.8%、91.7%。极化曲线测试表明,在70℃天然海水中复合缓蚀剂表现为阳极型缓蚀剂,改变了电极反应过程；在不同温度的酸性海水中,缓蚀剂同样表现为阳极型缓蚀剂；在70℃高密度盐水中,缓蚀剂是以控制阳极反应为主的混合型缓蚀剂。根据阻抗谱图特征可以将缓蚀剂在天然海水中的作用机制分为不同的阶段：缓蚀剂膜生长过程、致密缓蚀剂膜存续过程、膜衰减过程。致密缓蚀膜至少可以持续至120 h。复合缓蚀剂在低温酸性海水中形成缓蚀膜较缓慢,25℃时需要48h才能形成缓蚀膜主体结构,在50℃、70℃时,只需2h就可以形成。缓蚀膜在各温度的酸性海水中至少可持续144 h保护基体不被腐蚀。复合缓蚀剂在70℃高密度盐水中48 h时形成致密缓蚀膜,48 h时后缓蚀膜受到破损。与酸性海水和高密度盐水相比,天然海水更加有利于复合缓蚀剂在电极表面行成致密缓蚀膜,因此复合缓蚀剂在天然海水里的缓蚀效果也优于在其他两种溶液中。缓蚀膜在不含缓蚀剂的模拟钻井液中耐蚀性能都较差,容易受到破坏,应及时补充缓蚀剂。表面形貌观察结果表明,复合缓蚀剂可以抑制G105钢在天然海水和酸性海水中的点蚀、裂纹状腐蚀,缓蚀剂参与了表面成膜反应。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
0 引言  12-13
1 文献综述  13-31
  1.1 盐水钻井液中钻具的腐蚀研究现状  13-19
    1.1.1 钻井液概述  13-14
    1.1.2 钻具的腐蚀类型和影响因素  14-17
    1.1.3 盐水钻井液的特点、发展状况及其腐蚀性  17-19
      1.1.3.1 盐水钻井液的特点  17
      1.1.3.2 盐水钻井液的发展状况  17-18
      1.1.3.3 钻具钢在盐水钻井液中的腐蚀研究概况  18-19
  1.2 缓蚀剂概述  19-27
    1.2.1 缓蚀剂的发展  19-20
    1.2.2 钻井液用缓蚀剂概述  20-23
    1.2.3 缓蚀剂的作用机理及分类  23-25
      1.2.3.1 按照缓蚀剂成膜机理分类  23-24
      1.2.3.2 按抑制电极反应过程特征分类  24-25
      1.2.3.3 按缓蚀剂的成分、应用的腐蚀介质特性等分类  25
    1.2.4 缓蚀剂的研究方法  25-27
      1.2.4.1 失重法  25
      1.2.4.2 电化学法  25-26
      1.2.4.3 表面分析技术  26-27
  1.3 复合缓蚀剂概况  27-29
    1.3.1 缓蚀剂的协同机理  27-28
    1.3.2 磷系复合缓蚀剂在盐水溶液中的应用  28-29
  1.4 论文的研究内容和意义  29-31
    1.4.1 论文的研究内容  29
    1.4.2 论文的研究意义  29-31
2 实验部分  31-39
  2.1 主要实验试剂及其材料  31-32
    2.1.1 主要实验试剂  31
    2.1.2 实验材料及其规格  31-32
    2.1.3 实验介质  32
  2.2 主要实验仪器  32
  2.3 实验方法  32-39
    2.3.1 缓蚀剂的制备  32-33
    2.3.2 失重法  33-34
      2.3.2.1 实验原理  33
      2.3.2.2 实验步骤  33-34
      2.3.2.3 实验结果的表示及计算  34
    2.3.3 电化学测试方法  34-38
      2.3.3.1 强极化法  35-36
      2.3.3.2 电化学阻抗法(EIS)  36-38
    2.3.4 扫描电镜法  38-39
3 实验结果及讨论  39-85
  3.1 复合缓蚀剂在天然海水中的缓蚀性能及机理  39-54
    3.1.1 失重实验结果与讨论  39-41
    3.1.2 极化实验结果与讨论  41-45
      3.1.2.1 单一缓蚀剂的极化曲线  42-43
      3.1.2.2 复合缓蚀剂的极化曲线  43-45
    3.1.3 电化学阻抗结果及讨论  45-52
      3.1.3.1 25℃时的电化学阻抗结果及讨论  45-48
      3.1.3.2 50℃时的电化学阻抗结果及讨论  48-50
      3.1.3.3 70℃时的电化学阻抗结果及讨论  50-52
    3.1.4 表面形貌观察  52-54
    3.1.5 小结  54
  3.2 复合缓蚀剂在酸性海水中的缓蚀性能及机理  54-69
    3.2.1 失重实验结果与讨论  54-57
    3.2.2 极化实验结果及讨论  57-60
    3.2.3 电化学阻抗结果及讨论  60-66
      3.2.3.1 25℃时的电化学阻抗结果及讨论  60-62
      3.2.3.2 50℃时的电化学阻抗结果及讨论  62-64
      3.2.3.3 70℃时的电化学阻抗结果及讨论  64-66
    3.2.4 表面形貌观察  66-68
    3.2.5 小结  68-69
  3.3 复合缓蚀剂在高密度盐水中的缓蚀性能及机理  69-73
    3.3.1 失重实验结果与讨论  69-70
    3.3.2 极化实验结果与讨论  70-71
    3.3.3 电化学阻抗结果与讨论  71-73
    3.3.4 小结  73
  3.4 缓蚀剂在高温模拟钻井液中缓蚀效果以及缓蚀机理的对比  73-85
    3.4.1 静态失重实验结果对比  73-75
    3.4.2 极化曲线实验结果对比  75-76
    3.4.3 电化学阻抗图谱实验结果对比  76-78
    3.4.4 缓蚀剂膜层的破损过程对比  78-84
      3.4.4.1 天然海水中缓蚀膜层的破损过程  78-80
      3.4.4.2 酸性海水中缓蚀膜层的破损过程  80-82
      3.4.4.3 高密度盐水中缓蚀膜层的破损过程  82-84
    3.4.5 小结  84-85
4 结论  85-86
参考文献  86-91
致谢  91-92
个人简历  92
发表的学术论文  92

模拟钻井液中复合缓蚀剂的研究

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