[发明专利]在含碳钢设备中使用螯合剂时提高耐腐蚀性

说明书

本发明涉及一种降低含碳钢设备的腐蚀的方法。本发明还涉及与含碳钢设备接触的含谷氨酸N,N-二乙酸或其盐(GLDA)和/或甲基甘氨酸N,N-二乙酸或其盐(MGDA)的溶液在处理地下地层中的用途，及其作为化学品在含碳钢设备中的用途，例如作为化学品用于包括含碳钢的罐、锅炉、管或其他设备的装置或工厂中，例如用于对油/气田/工业中的该类设备或下游设备进行清洁或除垢。最后，本发明涉及含有溶液的含碳钢设备，所述溶液含有谷氨酸N,N-二乙酸或其盐(GLDA)和/或甲基甘氨酸N,N-二乙酸或其盐(MGDA)；或者涉及一种组合系统，其含有与含谷氨酸N,N-二乙酸或其盐(GLDA)和/或甲基甘氨酸N,N-二乙酸或其盐(MGDA)的溶液接触的含碳钢材料。

更特别地，本发明涉及任何上述方法、用途、设备或系统，其中与现有技术相比，可大大减少腐蚀抑制剂的使用或者在某些情况下甚至省略腐蚀抑制剂，尤其是就油和/或气田中经常经历的高温和高压条件而言。

碳钢定义为钢，即以铁作为主要组分且含有0.05-2重量％量的碳作为另一组分的合金，其中对铬、钴、钼、镍、铌、钛、钨、钒或锆或者为了获得所需的合金化效果而添加的任何其他元素没有指定最小含量或不需要它们，其中对铜所指定的最小量不超过0.40重量％，其中对任何如下元素所指定的最大含量不超过所述百分比：锰1.65重量％、硅0.60重量％、铜0.60重量％。应注意的是在本文中，对碳钢成分所给定的全部百分比都是基于总合金的重量百分比。

碳钢是迄今为止最常用的钢材，在许多工业环境如装置、工厂中，然而尤其是在油气生产设备中，设备的大部分如管、罐、锅炉、反应容器由碳钢合金制成。还将大量碳钢用于采油平台中。然而，在氧、硫化氢(H₂S)、二氧化碳和许多其他腐蚀性化学品如含氯离子的化学品以及一大类酸的影响下，碳钢合金还经受不利的分解和腐蚀作用，尤其是在升高的温度下。

因此，对用于清洁和除垢设备的方法以及与碳钢材料接触时不具有上述问题的化学品进行了持续研究，以代替油和/或气田和工业中先前所用的化学品。

LePage等在“An Environmentally Friendly Stimulation Fluid for High-Temperature Applications”，SPE Journal，2011年3月，第104-110页公开了GLDA基流体能非常有效地溶解CaCO₃、对设备的腐蚀较小且易于处理。GLDA溶液的腐蚀电势在完全浸没的切割低碳钢(SAE1020)试样上在158°F(70℃)和大气压下在静态条件下测试1周。腐蚀速率基于试样的重量损失计算。发现在更低的温度和更高的pH值下，低碳钢的腐蚀显著更低。LePage等进一步公开如果GLDA在高温下使用或在低温下使用较长时间，则需要使用合适的腐蚀抑制剂。LePage等没有公开或者考虑在地下条件下的腐蚀行为。此外，LePage等仅公开了在低碳钢(SAE1020)上的腐蚀行为，所述低碳钢通常用于简单的结构应用场合中，例如冷锻螺栓、车轴、通用工程零件和组件、机械零件、旋转轴、凸轮轴、轴头销、棘轮、轻载齿轮、涡轮和心轴。通常基于其在典型油田应用和条件(如高温、高压、存在腐蚀性气体)下的耐久性以及烃和其他液体和固体的运输而选择通常用于处理地下地层或油气田中的碳钢。

W.Frenier等在“Hot Oil and Gas Wells Can Be Stimulated without Acids”，SPE Production&Facilities，2004年11月，第189-199页中公开，使用N-羟乙基乙二胺-N,N’,N’-三乙酸(HEDTA)对N-80碳钢的不希望腐蚀副作用比在通常使用钢的油田中起重要作用的许多其他化学品要低得多。

本发明的目的是提供在宽pH范围内获得甚至进一步最小化的腐蚀副作用的用于处理地下地层的新型化学品和溶液，以及提供对含碳钢设备进行清洁或除垢的方法或者运行许多化学方法的方法，其中腐蚀降至最低，尤其是在包括改变温度和pH条件，尤其是升高的温度和压力条件的地下条件下。

现已发现当用于地下地层中时，谷氨酸N,N-二乙酸或其盐(GLDA)和甲基甘氨酸N,N-二乙酸或其盐(MGDA)的溶液在宽pH和温度范围获得了令人惊讶的且显著低于含其他螯合剂的溶液和/或酸性溶液的碳钢腐蚀性。

因此，本发明提供了替代方法、系统和上文溶液的用途，其可代替经受不利腐蚀作用的现有技术的用途、方法和系统。