随着石油工业的发展，由钻井液带来的污染问题越来越受到人们的重视。废弃钻井液的化学脱稳无害 化处理是近年来国内外石油行业的主要课题之一［１］，但对化学脱稳设备腐蚀问题的研究较少。 本文采用静态失重法、动态失重法、大气暴露试验、电化学测试、Ｘ－射线衍射仪及电子探针分析 仪等方法研究了废弃钻井液化学脱稳处理过程中不同种类脱稳药剂对设备（Ａ３钢）的腐蚀影响规 律，并且对添加复合缓蚀剂和化学镀非晶态Ｎｉ－Ｐ镀层的腐蚀控制方法进行了探讨。１ 实验（ １）试样及废弃钻井液组成 试样选用碳钢Ａ３钢，规格４０×２０×５。废弃钻井液取自江苏油 田的韦２－１９＃循环泥浆（含钻屑），其组成为（ｋｇ／ｍ３）：钠土６０，钻屑１２，Ｎａ２ ＣＯ３８，ＦＴ－１２０，ＦＡ３６７，ＸＹ２７５，ＨＰＡＮ２５，油类８０。（２）静态挂片 试验 取废弃钻井液５００ｍｌ，调整ｐＨ值，加入一定量的化学脱稳药剂进行脱稳处理，然后置 于３５℃恒温水浴槽中，挂片１４天。（３）交替暴露腐蚀试验 废弃钻井液处理一般为间歇式处 理。碳钢交替暴露于大气环境和钻井液环境中，腐蚀行为和程度皆不同。试验将：Ａ３钢片在脱稳 处理后的废弃钻井液中，３５℃浸泡１．５ｈ后，取出放入恒温恒湿箱中暴露１４天，按失重法计 算腐蚀速率。（４）动态挂片试验 采用ＲＣＣ－Ⅰ型旋转挂片金属腐蚀速度测试仪，温度：３５ ±２℃，速度：１０００／ｍｉｎ，时间：４８±１ｈ。（５）化学镀非晶态Ｎｉ－Ｐ镀层 Ａ３ 钢（４０×２０×５），经退火处理后机械研磨去除氧化皮后施镀。（６）化学镀镍配方及工艺 硫酸镍２８ｇ／Ｌ，醋酸钠 １７ｇ／Ｌ，次亚磷酸钠 ２４ｇ／Ｌ，润湿剂和稳定剂 适量，ｐ Ｈ值 ４．６；温度 ８２～８８℃（７）镀层结构及腐蚀前后形貌观察及成分分析 采用日本理 学电机（Ｒｉｇａｋｕ） Ｄ／ｍａｘ－ｒＢＸ－射线衍射仪（ＸＲＤ） ＪＸＡ－８８００Ｒ电 子探针分析仪进行观察和分析。２ 结果和讨论２．１ 化学脱稳药剂对Ａ３钢的腐蚀行为２．１ ．１ 废弃钻井液化学脱稳处理前后对Ａ３钢的腐蚀（见表１）可见，废弃钻井液化学脱稳处理使 Ａ３钢的腐蚀速率明显增大，腐蚀表面形貌在斑蚀的基础上出现了较严重的点蚀。表１ 废弃钻井 液化学脱稳处理前后对Ａ３钢的腐蚀废钻井液静态失重法腐速（ｍｍ／ａ）缓蚀率（％）腐蚀形貌 不处理０．８９０－斑蚀脱稳处理１．０８２－２１．６斑蚀、点蚀废钻井液动态失重法腐速（ｍ ｍ／ａ）缓蚀率（％）腐蚀形貌不处理２．８９２－斑蚀脱稳处理６．７６２－３８７．０斑蚀、 点蚀 注：脱稳处理条件：ｐＨ值６．５，助凝剂１０００ｍｇ／Ｌ，无机絮凝剂１６００ｍｇ ／Ｌ，有机絮凝剂２０ｍｇ／Ｌ。２．１．２ 脱稳药剂浓度对Ａ３钢腐蚀的影响化学脱稳药剂一 般为ＣａＣｌ２、ＦｅＣｌ３、Ａｌ２（ＳＯ４）３及高分子絮凝剂如ＰＨＰ等。化学脱稳药剂对 Ａ３钢的旋转挂片腐蚀试验结果见图１和表２。（１）随着ＦｅＣｌ３的添加量增在，Ａ３钢的腐 蚀速率几乎呈线性增长。这是因为ＦｅＣｌ３是强的去极化物质，引发强氧化还原反应严重加速腐 蚀。（２）ＣａＣｌ２添加量较小时，对Ａ３钢的腐蚀速率影响不明显。在２０００～３０００ｍ ｇ／Ｌ内Ａ３钢的腐蚀加快，＞３０００ｍｇ／Ｌ时，Ａ３钢的腐蚀速率趋于平缓。这是因为当Ｃ ａＣｌ２加入量较少时，废弃钻井液脱稳不明显，粘度较大，阻止了少量ＣａＣｌ２对Ａ３钢的腐 蚀，但当加入量大于２０００ｍｇ／Ｌ时废弃钻井液已开始脱稳，粘土颗粒形成絮凝体团块，粘度 大幅度下降，使氧扩散速度加快，促进了腐蚀，另一方面，体系ｐＨ值的降低和较高Ｃｌ－浓度也 加速了Ａ３钢腐蚀。当ＣａＣｌ２的加入量达３０００ｍｇ／Ｌ时废弃钻井液已明显脱稳，进一步 增大加入量脱稳钻井液几乎没有什么变化，所以腐蚀速率趋于平缓。（３）Ａｌ２（ＳＯ４）３对 Ａ３钢腐蚀的影响较为复杂，在很低浓度＜１６００ｍｇ／Ｌ有轻微加速腐蚀作用，在１６００～ ２６００ｍｇ／Ｌ有明显的缓蚀作用，＞２６００ｍｇ／Ｌ时腐蚀速率明显增加。这是由于Ａｌ３ ＋在体系中的不同存在形式引起的。Ａｌ３＋在钻井液中生成Ａｌ（ＯＨ）３胶体沉淀，它附着在 金属表面形成薄膜，阻止了Ｏ２和其他去极化物质向金属表面迁移，从而减轻了腐蚀作用［２］。 但在Ａｌ３＋浓度很低时，这种膜覆盖不完整，没有缓蚀作用，而在高浓度下由于体系ｐＨ值大幅 度降低，Ａｌ（ＯＨ）３膜无法形成，所以腐蚀严重。从图１中腐蚀曲线对比还可以看出，在加入 量相同的情况下，中以ＦｅＣｌ３对Ａ３钢腐蚀的影响最为严重。在低加入量时，经ＣａＣｌ２脱 稳处理的废弃钻井液对Ａ３钢的腐蚀速率较添加Ａｌ２（ＳＯ４）３时Ａ３钢的腐蚀速率要大，但 是在较高加入量（３５００ｍｇ／Ｌ以上）时，经Ａｌ２（ＳＯ４）３脱稳处理的废弃钻井液对Ａ ３钢的腐蚀速率迅速增大，超过了ＣａＣｌ２对Ａ３钢的腐蚀速率。表２ 高分子絮凝剂ＰＨＰ的 缓蚀性能浓度（ｍｇ／Ｌ）０１０５０浓度（ｍｇ／Ｌ）５００１０００５０００腐蚀速率（ｍｍ ／ａ）２．８９２２．９６０３．１０６腐蚀速率（ｍｍ／ａ）３．４６５２．６５２２．０７８ 缓蚀率（％）－－２．３５－５．８１缓蚀率（％）－１９．８８．２４８．７腐蚀形貌点蚀点蚀 点蚀腐蚀形貌点蚀点蚀轻微点蚀（４）对于高分了絮凝剂ＰＨＰ的影响（见表２），ＰＨＰ在低浓 度下促进Ａ３钢腐蚀，在高浓度下有一定的缓蚀作用。因为ＰＨＰ在低浓度下表现为絮凝作用，絮 凝使水体系粘度下降促进了氧的迁移，而絮体团块易附着在金属的棱边及缝隙处，形成氧浓差电池 ，从而加速了金属腐蚀。在高浓度下，金属表面被ＰＨＰ高分链覆盖形成保护膜，以及ＰＨＰ的胶 凝作用使钻井液粘度增加，阻止了氧的迁移，上述两方面的原因减少了金属的腐蚀。２．１．３ 腐蚀产物形貌和成分分析对ＦｅＣｌ３（４０００ｍｇ／Ｌ）处理前后的废弃钻井液对Ａ３钢的腐 蚀形貌观察发现，脱稳处理前Ａ３钢表面腐蚀产物均匀，脱稳处理后表面有大量的坑蚀存在。这是 由于Ｃｌ－引起了碳钢点蚀，从而加速了碳钢的腐蚀。表面腐蚀产物成分分析见表３。结果表明， 脱稳前钻井液中试片表面膜中含有较多的Ａｌ、Ｓｉ、Ｃ、Ｍｇ、Ｋ、Ｎａ、Ｃａ、Ｔｉ和Ｏ等元 素，可知，这主要是胶体态粘土及钻井液添加剂在碳钢表面吸附所致。也正是由于这种吸附现象阻 碍了元素Ｏ在碳钢腐蚀表面的初期扩散行为，从而减缓了碳钢的腐蚀。脱稳处理后的废弃钻井液， 由于絮凝作用，粘土颗粒及钻进液添加剂在试片表面附着力下降，腐蚀试片表面膜中Ａｌ、Ｓｉ、 Ｃ、Ｍｇ、Ｋ、Ｎａ、Ｃａ、Ｔｉ等元素的含量大大降低，钻井液中溶氧较大，并且Ｃｌ－含量加 大，从而加速了碳钢的腐蚀表３ 表面腐蚀产物中各元素含量（ｗｔ％）元素ＣＯＡｌＳｉＳＣａ Ⅰ６．２０４４．６７０．１００．２７０．３３３７．７１Ⅱ１０．１４６５．１８４．８０１ ２．３２０．２７２．６８元素ＭｇＫＮａＴｉＣｌＦｅⅠ０．０７－－－０．４４１０．２１Ⅱ １．６７１．３６１．２４０．３４－－ 注：Ｉ——处理后；Ⅱ——未处理；－——未探测到 。２．２ 化学脱稳药剂对Ａ３钢的腐蚀控制２．２．１ 添加缓蚀剂的效果及缓蚀机理（１）缓 蚀效率 废弃钻井液的化学脱稳处理难以在隔氧的条件下进行，所以溶氧大，并且加入的化学脱稳 药剂促进了碳钢的腐蚀。所以添加除氧和成膜等复合缓蚀剂可降低碳钢的腐蚀。单宁改性季胺盐（ ＸＹＤ），具有缓蚀性能且有一定的絮凝效果，可代替在低逍度下引起碳钢腐蚀的ＰＨＰ作为絮凝 剂［３］。对废弃钻井液添加缓蚀剂处理后动态挂片试验和静态大气暴露试验结果见表４。可见， 加入０．４％ＸＹＤ和０．０５％ＮＨ４ＳＣＮ可降低Ａ３钢的腐蚀，试片暴露于大气中亦有一定 的缓蚀作用，比沉淀膜型缓蚀剂ＨＥＤＰ效果好。除氧剂Ｎａ２ＳＯ３在废弃钻井液中虽有一定的 缓蚀作用，但是试片暴露在大气中存放时坑蚀严重，保护效果差。表４ 除氧剂和缓蚀剂的缓蚀效 果项目腐蚀速率（ｍｍ／ａ）缓蚀率（％）Ｉ脱稳废弃钻井液６．７６２—Ｉ＋０．１％Ｎａ２Ｓ Ｏ３＋０．４％ＸＹＤ２．８９４５７．２Ｉ＋０．１％Ｎａ２ＳＯ３＋０．４％ＸＹＤ＋０．０ ５％ＮＨ４ＳＣＮ１．８２１７３．１Ｉ＋０．４％ＨＥＤＰ＋０．１％Ｎａ２ＳＯ３３．８１２ ４３．６Ｉ＋０．４％ＸＹＤ＋０．０５％ＮＨ４ＳＣＮ２．１０６６８．９项目腐蚀形貌交替暴 露腐蚀形貌Ｉ脱稳废弃钻井液斑蚀、点蚀斑蚀、蚀坑Ｉ＋０．１％Ｎａ２ＳＯ３＋０．４％ＸＹＤ 斑蚀斑蚀、蚀坑Ｉ＋０．１％Ｎａ２ＳＯ３＋０．４％ＸＹＤ０．０５％ＮＨ４ＳＣＮ无光泽斑蚀 、坑蚀Ｉ＋０．４％ＨＥＤＰ＋０．１％Ｎａ２ＳＯ３斑蚀斑蚀、坑蚀Ｉ＋０．４％ＸＹＤ＋０． ０５％ＮＨ４ＳＣＮ无光泽无光泽 （２）电化学测试 图２为碳钢在废弃钻井液化学脱稳处理 前后的极化曲线，可见加入化学脱稳药剂后，促进了阳极去极化过程，使腐蚀速率增加，腐蚀电位 负移近２０ｍＶ。加入缓蚀剂后，腐蚀电位与空白相比正移近２０ｍＶ，腐蚀电流密度减小，极化 曲线斜率变陡，极化率增大，表明ＸＹＤ对碳钢腐蚀反应阴、阳极过程均有抑制作用，其中对阴极 过程抑制较强，说明加入缓蚀剂有一定的缓蚀效果。２．２．２ 化学镀非晶态Ｎｉ－Ｐ镀层的腐 蚀控制行为镀层的Ｐ含量为９．６３％。镀层ＸＲＤ分析结果表明，在衍射曲线约４５°处呈一波 峰，向两侧缓慢降低，呈非晶态特征，认为该镀层为非晶态镀层。图３为Ｎｉ－Ｐ镀层在不同脱稳 药剂处理后的废弃钻井液中的动态腐蚀试验结果。比较图１和图３可见，化学镀Ｎｉ－Ｐ非晶态镀 层的腐蚀速率为Ａ３钢的０．１％。表明化学镀Ｎｉ－Ｐ非晶态镀层在废弃钻井液脱稳处理中对碳钢起到了很好的保护作用。并且，Ｎｉ－Ｐ非晶态镀层的腐蚀对化学脱稳药剂的种类和一定范围内的浓度的影响不明显。可见，在废弃钻井液化学脱稳处理中对设备采用化学镀Ｎｉ－Ｐ非晶态镀层进行防护处理，可以在一定程度范围内不考虑设备的腐蚀，对化学脱稳药剂的种类和浓度进行更大
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