石油与天然气化工  2012, Vol. 41 Issue (5): 516-518
油田污水中HGY-9B缓蚀剂的浓度检测
付朝阳1 , 张云善2 , 何金杯3 , 陶利佳3 , 王江顺3     
1. 华中科技大学化学与化工学院;
2. 中国石化西南油气分公司川西采气厂;
3. 武汉华科特新技术有限公司
收稿日期：2011-07-27
作者简介：付朝阳(1972-), 男, 博士、副教授, 毕业于华中科技大学材料学专业, 主要从事腐蚀与防护和缓蚀剂研究。地址：(430074)湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号华中科技大学化学楼。E-mail：cyfu@mail.hust.edu.cn.
摘要：分别利用紫外光谱和光度法对油田污水中低浓度的咪唑啉类缓蚀剂HGY-9B进行了检测。结果表明，紫外光谱法和光度法(两种显色剂)均能很好地检测3% NaCl溶液中HGY-9B缓蚀剂的浓度，但是在油田污水中，紫外光谱法已无法检测，光度法中显色剂A也不适用，而显色剂B能够较好地检测污水中HGY-9B缓蚀剂浓度，相对误差较小。
关键词：油田污水    咪唑啉    浓度检测    紫外光谱    光度法    
Concentration determination of HGY-9B corrosion inhibitor in producing well water
Fu Chaoyang1 , Zhang Yunshan2 , He Jinbei3 , et al     
1. School of Chemistry and Chemical Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, Hubei, China;
2. Sichuan Western Gas Producing Factory, Southwest Oil and Gas Subcompany of SINOPEC Group, Deyang 618000, Sichuan, China;
3. Wuhan Huakete New Technology Co. Ltd, Wuhan 430074, Hubei, China
Abstract: Low concentration of HGY-9B corrosion inhibitor with imidazoline as essential constituent in producing well water was determined by ultraviolet photometer and coloring photometric method. The results show that both ultraviolet photometric method and coloring photometric method using different coloring agents A and B can detect the concentration of HGY-9B inhibitor in 3% NaCl solution. But neither the ultraviolet photometric method nor the coloring photometric method with agent A is suitable for the producing well water. The coloring photometric method using agent B is able to determine the concentration of HGY-9B corrosion inhibitor in the producing well water with low relative error.
Key words: producing well water    imidazoline    concentration determination    ultraviolet photometric method    coloring photometric method    

咪唑啉缓蚀剂因具有优良的缓蚀性能，无特殊的刺激性气味、热稳定性好、毒性低，被应用于油气田管线设备的防护实践中 [1]。对咪唑啉缓蚀剂浓度的检测可以指导缓蚀剂的现场应用工艺，比如加药量和加样时间；可以经济有效地使用和保存缓蚀剂，对缓蚀剂在油田现场的使用具有重要意义。

目前，检测咪唑啉缓蚀剂浓度的方法主要有红外光谱法、荧光分析法、气相色谱法、电化学阻抗法、紫外光谱法和显色法。针对油气田低浓度使用情况，紫外光谱与光度法是比较适用的直接方法[2-4]。

HGY-9B缓蚀剂是咪唑啉酰胺类缓蚀剂，在含CO2油气田得到较广泛应用，检测其在产出液中的有效浓度可以为缓蚀剂的经济合理应用提供参考依据。油田采出污水组成非常复杂，其多种成分会影响到缓蚀剂的测定。本文分别采用紫外光谱法与光度法研究了3% NaCl溶液和油田污水中咪唑啉类缓蚀剂HGY-9B的浓度检测。

1 实验部分

某油田采出污水的离子组成见表 1，其他成分未测。

表 1    油田污水离子组成  (mg·L-1)

将现场水样pH值调节到中性，静置过滤后，密封备用。实验主要仪器为日本岛津UV2550和722分光光度计，参比均为蒸馏水。所用实验玻璃器皿分别经过硝酸、乙醇浸泡，再烘干备用。

2 紫外光谱法

缓蚀剂HGY-9B主体有效成分物质为咪唑啉类分子，分子中含有双键，在紫外波长235 nm附近处有最大吸收，可以利用紫外光谱法检测污水中咪唑啉的含量，操作简单、快速。该分光光度法基于朗伯-比尔定律，在一定浓度范围内，吸光度与浓度成正比，由于仪器固有的限制，在高浓度区会发生线性偏离。结合油田加药浓度，故测量范围在室内为0 mg/L ~100 mg/L。配置不同质量浓度(0 mg/L ~100 mg/L)的HGY-9B缓蚀剂3% NaCl溶液，摇匀静置1.5 h，在波长235 nm处测量其吸光度，结果见图 1。

图 1     3% NaCI缓蚀剂HGY-9B的紫外吸收

结果表明，在实验条件下，HGY-9B缓蚀剂质量浓度在0 mg/L~100 mg/L范围内，与吸光度呈现良好的线性关系，其线性回归方程为：A=0.013 C(mg/L)+ 0.041 7，相关系数R=0.999 94。在普通的盐水溶液中，可以根据标准曲线，采用测量235 nm处的吸光度数值来推断溶液中HGY-9B缓蚀剂的含量。

在同样的条件下，用油田污水配置不同HGY-9B缓蚀剂浓度(0 mg/L~100 mg/L)溶液，测量其紫外光谱，结果见图 2。从图 2中可以看出，测到的最大吸收峰偏移到275 nm处，不是缓蚀剂在3% NaCl溶液的235 nm处。而且随着HGY-9B缓蚀剂浓度的增加，275 nm处的吸收峰值并没有变化。因此，不能使用紫外分析法来检测HGY-9B缓蚀剂在该油田污水中的浓度，出现此结果的原因可能是油田污水某些金属离子浓度过高或者是水样中存在有其他较高浓度的有机物。

图 2     油田污水缓蚀剂HGY-9B的紫外光谱

3 光度法

本实验选择了两种显色剂A和B，对HGY-9B缓蚀剂进行浓度检测。

3.1 显色剂A

显色剂A在中性条件下可与咪唑啉缓蚀剂反应生成蓝色化合物，在600 nm处有最大吸收峰，在一定范围内蓝色化合物的颜色深度与咪唑啉含量成正比，可用光度法进行测量。用3% NaCl盐水配置质量浓度为0 mg/L~100 mg/L的HGY-9B缓蚀剂溶液，加入显色剂A，以蒸馏水为参比，用分光光度计在600 nm处测定吸光度，绘制HGY-9B缓蚀剂含量C(mg/L)与吸光度曲线(图 3(a))，求出回归方程A =0.001 C -0.001 6，其中R=0.987 2，说明用显色剂A可以检测出在3% NaCl溶液中的HGY-9B缓蚀剂浓度。同样，当使用油田污水的时候，最大吸收峰仍然在600 nm处，但是HGY-9B缓蚀剂含量与吸光度没有很明显的线性关系(图 3(b))。可能由于油田污水离子或者污水中物质的干扰，因此使用显色剂A的光度法也不适用。

图 3     显色剂A和HGY-9B缓蚀剂溶液的吸光度曲线

3.2 显色剂B

显色剂B在弱碱性介质中，以负离子形式存在并且呈现蓝色，其最大吸收波长位于620 nm，当显色剂B与咪唑啉缓蚀剂分子发生离子缔合，形成离子缔合物而使游离的离子浓度降低，使其颜色减弱，620 nm处的吸光度减少，并且颜色减弱的程度与咪唑啉缓蚀剂浓度成正比，故可以用来检测介质中咪唑啉缓蚀剂的浓度[5]。

在容量瓶中加入一定量的HGY-9B缓蚀剂标准溶液，依次加入缓冲溶液和显色剂B溶液，分别用3% NaCl溶液和油田污水稀释至刻线并摇匀，以蒸馏水做参比，测定溶液的吸光度，结果见图 4。从图 4看出，不论是在3% NaCl溶液(图 4(a))还是油田污水中(图 4(b))，HGY-9B缓蚀剂质量浓度为0 mg/L~100 mg/L时，其吸光度与浓度成反比且线性关系很好。经线性回归，在3% NaCl溶液中检测工作曲线方程为：A=0.761 71-0.002 04 C，相关系数R=0.995 49；在油田污水中工作曲线方程为：A=1.359 89-0.001 12 C，相关系数R=0.998 8。因此，使用显色剂B的光度法可以很好地用来测定油田污水中低浓度缓蚀剂HGY-9B的浓度。

图 4     显色剂B和HGY-9B缓蚀剂溶液的吸光度工作曲线

在油田污水中，利用配制的待测水样进行了进一步的浓度检测，测量相对误差为7.41%，表明结果较为准确，可用于油田现场实际测定。

4 结论

紫外光谱法以及光度法均能用于3% NaCl溶液中HGY-9B缓蚀剂的浓度检测，得出的工作曲线相关性好。而在油田污水中，紫外光谱法和使用显色剂A的光度法，已无法有效检测HGY-9B缓蚀剂浓度；只有用显色剂B的显色光度法才能够检测实际油田污水中HGY-9B缓蚀剂的浓度，得出的工作曲线线性关系较好，且相对误差较小。

参考文献
[1]
郑家燊, 吕战鹏, 彭芳明. 新型咪唑啉类缓蚀剂的合成、结构表征及缓蚀性能研究[J]. 油田化学, 1994, 11(2): 163-167.
[2]
刘元清, 贾丽, 李志远, 等. 油田污水中咪唑啉缓蚀剂浓度检测技术研究[J]. 石油化工腐蚀与防护, 2002, 19(4): 57-59. DOI:10.3969/j.issn.1007-015X.2002.04.016
[3]
马涛, 张贵才, 葛际江. 改性咪唑啉缓蚀剂的合成与评价[J]. 石油与天然气化工, 2005, 33(5): 359-361.
[4]
周光明. 阳离子表面活性剂测定技术[J]. 化工时刊, 2005, 19(8): 60-63. DOI:10.3969/j.issn.1002-154X.2005.08.019
[5]
焦其正, 付朝阳, 王丽荣, 等. 油气田用咪唑啉缓蚀剂浓度的检测方法[J]. 天然气工业, 2006, 26(6): 131-133. DOI:10.3321/j.issn:1000-0976.2006.06.042
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