一种氨醛缩合物对酸液中碳钢的缓蚀作用

苏铁军 黄健 李克娥

摘要：采用失重法评价了盐酸溶液中N-萘乙二胺缩肉桂醛（NEC）对N80鋼的缓蚀效果。结果表明， NEC能有效地降低碳钢在酸液中的腐蚀速率。当NEC的浓度达到0.50 mmol/L时，盐酸对N80钢的腐蚀速率由30.25 g/（m2·h）下降至1.20 g/（m2·h），缓蚀率可达96%。

关键词：酸性介质;碳钢;希夫碱;缓蚀行为

油田酸化技术是一种提高原油采收率的有效方法，但酸液在溶蚀岩胶结物或孔隙堵塞物的同时，也会对输送酸液的地面管路和井筒管壁产生严重的腐蚀。为了减缓酸液对设备的腐蚀，往往需要在酸化工作液中添加缓蚀剂[1]。本研究对 N-萘乙二胺和肉桂醛的缩合物进行了缓蚀作用评价，讨论了 NEC的缓蚀特点，分析了NEC的缓蚀作用机理。

1 实验

依次用400、800、1200目砂纸打磨N80钢挂片表面，去除斑痕和毛刺。依次用水、丙酮、乙醇清洗，冷风吹干，置于干燥器中20 min后称重，质量记为m0（精确至0.0001 g）。用游标卡尺测量挂片的长、宽、高，据此计算出表面积S。然后将挂片浸入未加NEC或加入不同浓度NEC的盐酸（15%）中，4 h后取出试片，再按上述流程进行清洗、干燥、称重，质量记为m[2]。腐蚀速率v和缓蚀率η的计算公式分别如式（1）和式（2）所示。

式中： m0、m分别为腐蚀前后的挂片质量， g;S为挂片的表面积， m2;t为腐蚀时间， h;vblank和vinh分别为空白酸液中和加入NEC酸液中N80钢的腐蚀速率。

2 结果与讨论

2.1 NEC浓度对缓蚀作用的影响

在333 K（1 K=273.15+1.00℃）的盐酸溶液中，分别控制NEC浓度为0、0.05、0.10、0.25、0.50 mmol/L，腐蚀速率和缓蚀率的评价结果如图1所示。由图1可知，随着NEC的浓度增大，酸液对N80钢的腐蚀速率整体呈下降趋势，缓蚀率呈上升趋势。但在不同的浓度范围内，腐蚀速率的下降或缓蚀率的上升程度有差异。当NEC浓度不超过0.10 mmol/L时，腐蚀速率下降较快，缓蚀率上升也较快;当NEC浓度超过0.10 mmol/L时，腐蚀速率的下降幅度明显减小，缓蚀率的上升也变缓。这表明当NEC浓度达到0.10 mmol/L时， NEC分子在N80钢表面的覆盖已较为完整，能有效地抑制酸液对碳钢的腐蚀。

2.2 酸液温度对缓蚀作用的影响

地层温度通常随着深度的增加而升高，升温梯度一般是3℃/100 m。因此，酸液温度是影响缓蚀作用的一个重要变量。当NEC浓度为0和0.10 mmol/L时，分别控制酸液温度为303 K、313 K、323 K和333 K，腐蚀速率和缓蚀率的评价结果如图2所示。由图2可知，随着酸液的温度上升，无论是未加NEC还是加入NEC的体系，腐蚀速率均有所上升。但加入NEC后，腐蚀速率上升的幅度明显减小，表明NEC在较高温度下也能对碳钢起到良好的保护作用。随着温度的上升，缓蚀率稍有下降，但降幅较小，基本保持在平稳状态，表明 NEC具有较好的抗温性能。

2.3 缓蚀作用的动力学分析

碳钢的析氢反应腐蚀速率与温度之间的关系通常可用式（3）所示的Arrhenius方程来描述[3]。

式中： v为速率常数， R为8.314 J/（mol·K），T为热力学温度，Ea为表观活化能， A为指前因子。据式（3）拟合所得结果如图3所示。由图3可知，酸液温度与腐蚀速率之间的关系可根据式（3）良好地拟合，所得直线方程的相关系数都在0.99以上。根据拟合所得的方程可以计算出腐蚀反应的活化能。在未加NEC缓蚀剂酸液中，腐蚀碳钢的活化能为57.6 kJ/mol;加入的NEC浓度达到0.10 mmol/L时，腐蚀碳钢的活化能为66.6 kJ/mol。加入NEC后，腐蚀反应的活化能升高，表明腐蚀反应受到抑制，导致腐蚀速率下降，碳钢得到NEC的保护。

3 结语

NEC可显著降低碳钢在盐酸中的腐蚀速率。当NEC的浓度达到0.10 mmol/L时， NEC可较好地覆盖在碳钢表面，提高了腐蚀反应的活化能，可对碳钢起到良好的保护作用。 NEC有良好的抗温作用，在303～333 K内，对碳钢的缓蚀率基本保持不变。

[参考文献]

[1]李颖川.采油工程[M].北京：石油工业出版社，2009.

[2]中国石油天然气总公司.酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标： SY/T 5405—1996[EB/OL].（1997-16-30）[2022-02-20].https：// www.doc88.com/p-5721215656605.html.

[3]QURAISHI M A，SARDAR R.Corrosion inhibition of mildsteel in acid solutions by some aromatic oxadiazoles[J].Materials Chemistry & Physics，2003（2）：425-431.