226 工程科学学报，第42卷，第2期 VIS spectrophotometry.The results reveal that 100 mg-L of seventeen alkenyl amide ethyl imidazoline quaternary ammonium salt as a corrosion inhibitor in carbon steel for an aqueous phase of the oil-water two-phase stratified medium exhibits significant inhibition effect,and the corrosion inhibition efficiency reachs 99%.However,the effective mass fraction of the corrosion inhibitor decreases to 31%before mixing at the oil-water interface because of the presence of oil.As a result,the corrosion inhibition efficiency is only 83%, and the inhibition effect is poor;moreover,the corrosion of carbon steels cannot be effectively controlled.Further,significant groove corrosion is observed at the oil-water interface.Therefore,the corrosion of the sample in the oil area is slight,and the inhibitor can effectively inhibit the corrosion of X65 steel in the water area. KEY WORDS carbon steel;rotating cylinder electrode;CO2 corrosion;oil-water interface;corrosion inhibitor 海底输油管道作为海上石油运输的主要手 界面处的作用效果及机理进行了深入的研究.研 段，是石油工业不可或缺的重要设施.碳钢因其良 究结果将会为油田现场管道防腐和缓蚀剂筛选评 好的机械性能及经济性，被广泛应用于海底输油 价提供一定的数据支撑及理论依据. 管道-)我国多数海上油气田产出物为油水多相 1实验 混合物，工程上主要采用多相混输管道系统将其 输送至海洋平台，然而，多相流动易对管道产生流 1.1材料和溶液 动腐蚀，特别是油井开采后期注水和CO2驱油技 实验材料选用X65管线钢，其化学成分如表1 术的应用，不仅使原油含水量急增而且增加了 所示.实验前，将试样用砂纸打磨到800，随后用 CO2分压，加剧管道腐蚀4-刀其中层流状态下管道 去离子水清洗，丙酮除油，乙醇干燥后备用.实验 位于油水界面处的介质环境尤为复杂，两相界面 溶液为模拟采出液和0号柴油以1：1体积比组成 复杂的相分布、介质浓度梯度及流体力学特性，使 的油水分层介质，模拟采出液用去离子水和分析 得界面处遭受严重的局部腐蚀例 纯化学试剂配制而成，其组分如表2所示.柴油为 加注缓蚀剂是油气管道防腐的重要手段之一 市售标准0号轻质柴油.实验用缓蚀剂为十七烯 但目前国内对于缓蚀剂的研究多局限于单相水介 基胺乙基咪唑啉季铵盐(OAI),其分子结构如图1 质中，关于油水两相介质中缓蚀剂的使用及作用 所示.实验过程中将100mgL缓蚀剂加人到水 机理研究较少例，研究表明，由于缓蚀剂的结构和 相中，待搅拌均匀后再添加油相.实验前用高纯 组成不同，油水两相体系中缓蚀剂的作用机理与 C02(99.99%)对模拟液及柴油分别除氧24h,且实 单相水介质中存在较大差异Choi等-2研究 验过程中需持续缓慢地通入CO,气体以使溶液保持 发现添加缓蚀剂可有效减缓油水界面处的局部腐 CO2饱和状态，并防止测试过程中溶解氧的进入. 蚀.另一方面，刘小武等3-研究发现原油影响水 表1实验用X65钢的化学成分（质量分数） 相内缓蚀剂在金属表面的吸附过程，对不同的缓 Table 1 Chemical composition of the X65 steel 会 蚀剂的影响程度存在差异.赵景茂等通过缓蚀 Si Mn P Mo Fe 剂浓度测定发现，原油对缓蚀剂的缓蚀效果存在 0.0400.200 1.500 0.0110.020 0.003余量 不同程度的减弱作用.刘烈炜等发现溶液中油 相比例的增大会增强多数缓蚀剂的缓蚀效果，但 表2油田地层水采出液的组分 是油相的存在减弱了原缓蚀剂的缓蚀率.总的来 Table 2 Composition of the test solution simulating 说，缓蚀剂在油水界面处所面临的腐蚀工况十分 the oilfield formation water mg.L-1 复杂，缓蚀剂选用和应用不当，可能严重影响其有 Na' Mg" Ca*K C s02 HCO 效性，从而引起管道严重的内腐蚀问题，威胁管道 26231 1920 274764435297 197 519 安全运行.因此需要对油水界面处碳钢管道的腐 蚀特征及缓蚀剂在其间的作用机理进行研究，以期 为缓蚀剂筛选、评价和现场应用的规范化奠定基础 本文利用旋转圆柱电极装置模拟了流动工况 下碳钢在油水两相分层介质中的腐蚀环境.通过 图1十七烯基胺乙基咪唑啉季铵盐的结构 电化学测试及表面分析手段，对流动工况下碳钢 Fig.1 Structure of seventeen alkenyl amide ethyl imidazoline 在油水两相界面处的腐蚀行为以及缓蚀剂在油水 quaternary ammonium saltVIS spectrophotometry. The results reveal that 100 mg·L−1 of seventeen alkenyl amide ethyl imidazoline quaternary ammonium salt as a corrosion  inhibitor  in  carbon  steel  for  an  aqueous  phase  of  the  oil –water  two-phase  stratified  medium  exhibits  significant  inhibition effect, and the corrosion inhibition efficiency reachs 99%. However, the effective mass fraction of the corrosion inhibitor decreases to 31% before mixing at the oil–water interface because of the presence of oil. As a result, the corrosion inhibition efficiency is only 83%, and the inhibition effect is poor; moreover, the corrosion of carbon steels cannot be effectively controlled. Further, significant groove corrosion is observed at the oil –water interface. Therefore, the corrosion of the sample in the oil area is slight, and the inhibitor can effectively inhibit the corrosion of X65 steel in the water area. KEY WORDS    carbon steel；rotating cylinder electrode；CO2 corrosion；oil–water interface；corrosion inhibitor 海底输油管道作为海上石油运输的主要手 段，是石油工业不可或缺的重要设施. 碳钢因其良 好的机械性能及经济性，被广泛应用于海底输油 管道[1−3] . 我国多数海上油气田产出物为油水多相 混合物，工程上主要采用多相混输管道系统将其 输送至海洋平台. 然而，多相流动易对管道产生流 动腐蚀，特别是油井开采后期注水和 CO2 驱油技 术的应用 ，不仅使原油含水量急增而且增加了 CO2 分压，加剧管道腐蚀[4−7] . 其中层流状态下管道 位于油水界面处的介质环境尤为复杂，两相界面 复杂的相分布、介质浓度梯度及流体力学特性，使 得界面处遭受严重的局部腐蚀[8] . 加注缓蚀剂是油气管道防腐的重要手段之一. 但目前国内对于缓蚀剂的研究多局限于单相水介 质中，关于油水两相介质中缓蚀剂的使用及作用 机理研究较少[9] . 研究表明，由于缓蚀剂的结构和 组成不同，油水两相体系中缓蚀剂的作用机理与 单相水介质中存在较大差异[10] . Choi 等[11−12] 研究 发现添加缓蚀剂可有效减缓油水界面处的局部腐 蚀. 另一方面，刘小武等[13−14] 研究发现原油影响水 相内缓蚀剂在金属表面的吸附过程，对不同的缓 蚀剂的影响程度存在差异. 赵景茂等[15] 通过缓蚀 剂浓度测定发现，原油对缓蚀剂的缓蚀效果存在 不同程度的减弱作用. 刘烈炜等[16] 发现溶液中油 相比例的增大会增强多数缓蚀剂的缓蚀效果，但 是油相的存在减弱了原缓蚀剂的缓蚀率. 总的来 说，缓蚀剂在油水界面处所面临的腐蚀工况十分 复杂，缓蚀剂选用和应用不当，可能严重影响其有 效性，从而引起管道严重的内腐蚀问题，威胁管道 安全运行. 因此需要对油水界面处碳钢管道的腐 蚀特征及缓蚀剂在其间的作用机理进行研究，以期 为缓蚀剂筛选、评价和现场应用的规范化奠定基础. 本文利用旋转圆柱电极装置模拟了流动工况 下碳钢在油水两相分层介质中的腐蚀环境. 通过 电化学测试及表面分析手段，对流动工况下碳钢 在油水两相界面处的腐蚀行为以及缓蚀剂在油水 界面处的作用效果及机理进行了深入的研究. 研 究结果将会为油田现场管道防腐和缓蚀剂筛选评 价提供一定的数据支撑及理论依据. 1    实验 1.1    材料和溶液 实验材料选用 X65 管线钢，其化学成分如表 1 所示. 实验前，将试样用砂纸打磨到 800# ，随后用 去离子水清洗，丙酮除油，乙醇干燥后备用. 实验 溶液为模拟采出液和 0 号柴油以 1∶1 体积比组成 的油水分层介质，模拟采出液用去离子水和分析 纯化学试剂配制而成，其组分如表 2 所示. 柴油为 市售标准 0 号轻质柴油. 实验用缓蚀剂为十七烯 基胺乙基咪唑啉季铵盐（OAI），其分子结构如图 1 所示. 实验过程中将 100 mg·L−1 缓蚀剂加入到水 相中，待搅拌均匀后再添加油相. 实验前用高纯 CO2（99.99%）对模拟液及柴油分别除氧 24 h，且实 验过程中需持续缓慢地通入 CO2 气体以使溶液保持 CO2 饱和状态，并防止测试过程中溶解氧的进入. 表 1    实验用 X65 钢的化学成分（质量分数） Table 1    Chemical composition of the X65 steel % C Si Mn P Mo S Fe 0.040 0.200 1.500 0.011 0.020 0.003 余量 表 2    油田地层水采出液的组分 Table 2    Composition of the test solution simulating the oilfield formation water mg·L−1 Na+ Mg2+ Ca2+ K + Cl－ SO2− 4 HCO− 3 26231 1920 2747 644 35297 197 519 N+ N NH2 图 1    十七烯基胺乙基咪唑啉季铵盐的结构 Fig.1     Structure  of  seventeen  alkenyl  amide  ethyl  imidazoline quaternary ammonium salt · 226 · 工程科学学报，第 42 卷，第 2 期