1 油田需求背景

    酸化是油气井增产和水井增注的重要措施，在石油工业中得到了广泛的应用。但酸化过程中所使用的酸液会对管线和设备都产生严重的腐蚀，还会对地层造成潜在的危害。为减轻酸液腐蚀，保证酸化施工的成功开展，最经济有效的方法是向酸化液中添加高效酸化缓蚀剂。目前，我国使用的酸化缓蚀剂主要有季铵盐、曼尼希碱、咪唑啉、酮醛胺等几大类。主要成分为:醛、酮、胺缩合物、咪哇琳衍生物、吡啶、喹啉季胺盐、杂多胺、复合添加增效剂,如甲醛、炔醇等、高分子聚合物。其中,以醛、酮、胺缩合物和吡啶、喹啉季按盐两种物质为主制备的缓蚀剂及其复配物在生产中应用较多。

     酸化缓蚀剂在石油开采中具有举足轻重的作用,它的研究开发是酸化增产技术能否成功进行的关键因素之一。随着对油田开发的要求、难度加大，油田对酸用缓蚀剂的要求越来越高,常见的酸化缓蚀剂在高温下存在易结焦、分层、溶解分散性不够稳定的缺点,可能会对地层造成进一步的伤害；单独使用单一的某种缓蚀很难达到理想的效果;目前酸化缓蚀剂的研究发展方向是研制新型、环境友好、抗高温耐浓酸的长效缓蚀剂复配体系；国内相关专家开发的高温酸化缓蚀剂主要是多组分缓蚀剂配以增效剂复配而成,尤其是胺类、季铵类及炔醇类复配缓蚀剂应用较多,以期达到高性能和多功能的目的。

2 高温类酸化缓蚀剂

2.1分类及概述

     酸化缓蚀剂分低温(<100℃)和高温(<180℃或更高)两类.低温缓蚀剂通常为有机物,包括含:氮化合物（伯胺、仲胺、叔胺、季胺、炔氧甲基胺和杂环芳香含氮化合物（如喹啉、异喹啉、吡啶及其衍生物）等，其中以季铵、曼尼希碱和杂环芳香含氮化合物应用多且效果好；氯化合物、含硫化合物、炔醇化合物（丙炔醇、丁炔醇、己炔醇、和辛炔醇）、醛类（甲醛和肉桂醛）、酮类（α-链烯基7缓蚀剂或者是协同比例复合,只是加入了增效剂,增效剂有甲酸及其衍生物、酸溶性碘盐及酸溶性铜盐、锑盐、铋盐和汞盐等。

     酸化缓蚀剂大多在盐酸和土酸溶液中应用,在乳化液、泡沫酸、稠化(胶凝)酸、超(微)乳化酸、固体酸和有机酸方面应用的品种很少。高温酸化缓蚀剂中大多数含有炔醇化合物；目前胺类、季铵类及炔醇类复合缓蚀剂应用较多。

2.2缓蚀作用机理

    高温酸化缓蚀剂的缓蚀机理可以通过吸附理论来解释。通过对金属电化学过程的抑制而发生作用， 而这种抑制的根本原因是由于在金属表面形成了一层保护膜。为了形成致密稳定的吸附层,酸化缓蚀剂主产物分子中的多个吸附中心(如N、O等元素)向金属表面提供孤对电子,形成配位键化合物吸附在无氧化膜存在的裸露金属表面;然后,分子中的非极性基团平铺在金属表面上,形成较完整的疏水保护层,从而在酸液与金属间形成一道屏障,阻止了腐蚀产物铁离子向溶液中扩散和溶液中的H+移向金属的腐蚀反应过程,使腐蚀反应速度变慢,达到了金属缓蚀的目的。

3 铂利高温酸化缓蚀剂简介

3.1季铵盐类化合物（铂利自研产品PT-QA-1）

     铂利自主研发喹啉季铵盐类化合物是一类广泛使用的吸附性高温酸化缓蚀剂，常用作高温酸化缓蚀剂的主剂。在酸性水溶液中这类化合物可以完全解离成带正电的季铵阳离子和卤素阴离子。季铵阳离子可以在金属表面的阴极区发生物理吸附，即季铵阳离子和酸液中带负电荷的金属表面产生静电吸附，对氢离子放电有很大的影响，可以有效阻止H+接近金属表面，从而抑制H+的还原反应，对阴极反应有抑制作用。另外喹啉季铵盐分子中含有未共用电子对的N元素，这些元素可与金属表面配位结合，形成牢固的化学吸附层，提高了钢在腐蚀介质中的阳极反应的活化能，从而降低了阳极的腐蚀速率。而季铵盐中的Cl对钢铁的缓蚀有一定的协同作用，促使有机阳离子吸附在金属表面而形成稳定的保护膜。其疏水的非极性基远离金属表面作为定向排列，有效阻止了腐蚀产物铁离子向溶液中的扩散和溶液中的氢离子向金属的腐蚀反应过程迁移。另外喹啉季铵盐中含有稠环结构，稠环上有较大的电子总离域能，增强了其与金属原子的配位作用，因此在金属表面形成的吸附膜更牢固，缓蚀效果更好。

3.2炔醇类化合物（铂利自研产品PT-PP系列）

    铂利自研炔醇类缓蚀剂作为新一代酸化缓蚀剂浓缩助剂，是丙炔醇的绿色环保代替品，与传统缓蚀剂相比具有良好的成本效益，性价比高，无腐蚀性也无毒性，具有更高的毒理和生态优势。低温下可单独作为缓蚀剂使用，高温下可以与产生协同效应的多类型缓蚀剂复配使用。为进一步提高在高温作用下的缓蚀性能,常用作酸化缓蚀剂的辅剂，和喹啉季铵盐主剂协同复配作用下效果更好，采用静态失重法评价,高温高压下能达到中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5405-2019《酸化用缓蚀剂性能实验方法及评价指标》标准。

3.3协同增效反应

    铂利自研喹啉季铵盐（PT-QA-1）与炔醇（PP系列）互配后，通过协同效应缓蚀剂效果大大增加。炔醇分子中的炔键可以与腐蚀过程中的新生氢发生加氢反应,叁键被还原成双键,并在金属表面发生聚合。炔醇在金属表面可以形成厚40um的沉积膜,季铵盐缓蚀剂则在金属表面形成吸附膜。这样在金属表面则可以形成致密的多层保护膜。这可能是因为季铵盐缓蚀剂在与炔醇互配后，炔醇可将吸附在钢铁表面的季铵盐缓蚀剂分子存在的空隙覆盖，在钢铁表面形成一层完整、致密的吸附膜，抑制钢铁的腐蚀。随着复配物炔醇加量的增大，腐蚀速度下降，符合金属腐蚀速率随缓蚀剂增加而递减的一般规律。从测试结果来看缓蚀剂的效率在炔醇加量为15%-20%左右的条件下缓蚀率达99.5%以上，公司常采用喹啉季铵盐缓蚀剂与15%的炔醇复配物作为优化缓蚀剂的配方使用。

    非离子表面活性剂在缓蚀剂中主要起分散作用,同时它本身也具有在钢片表面吸附的能力,表面活性剂与主剂在金属表面形成吸附竞争,同时表面活性剂还存在洗涤的作用。因此,当表面活性剂用量增加时,其缓蚀效果变差，公司测试后优化选择2%为表面活性剂的最佳用量，一般添加剂是壬基酚聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、乙醇聚氧乙烯醚及聚氧乙烯基胺的一种或几种的混合物。

    通过近半年实验测试调整分析，公司已优化配备低温下炔醇类缓蚀剂PT-PP系列及高温下季铵盐复合体系产品，经多方合作单位使用获得一致好评。

附铂利部分产品图片：

4 结束语

    武汉铂利新材料有限公司是一家专注先进材料研发、产业化及技术应用的创新科技公司，拥有海内外专业博士研发团队，完善的研发及应用服务体系，先进的合作生产基地。提供全系列炔醇产品、有机硅、表面活性剂、水性助剂类产品，致力于在油田助剂、光伏切割、水性涂料、清洗、金属加工助剂等领域的产品开发和应用服务。欢迎各界朋友莅临参观、指导和业务洽谈~