0 引言
高温高压油气藏广泛分布于中国东海、南海、塔里木等地区[1-2]，地层温度160~210 ℃，压力系数1.5~2.1，使得油气井完井面临严苛挑战，其中低腐蚀、高密度无固相完井液技术匮乏。完井液在油气井完井过程中能够平衡地层压力、保护储集层、净化井眼、控制滤失和漏失等[3-4]，其中无固相清洁盐水完井液因具有密度可调、清洁环保、储集层伤害低、防水锁效果好等优势，被广泛应用于国内外各大油田[5-6]。随着中国油气田开发逐渐向深井、超深井复杂工况环境发展[7-8]，常用的NaCl、KCl、CaCl2、Ca（NO3）2等盐水完井液性能已经不能满足实际工况的需要。另外，高密度的溴盐完井液及甲酸盐完井液具腐蚀性、结晶点高、价格昂贵[9⇓-11]。Jia等[3]研制了一种可应用于180 ℃高温，最高密度达1.815 g/cm3的磷酸盐完井液，该磷酸盐完井液密度高、成本低、毒性小、储集层损害低、地层配伍性好，可以应用于高温高压油藏完井作业，但其在高温下对油套管的腐蚀机理还不明确，尚未形成有效的腐蚀控制方法。
清洁盐水完井液矿化度高，导电性强，在井下高温环境中容易腐蚀套管、封隔器等设备[12-13]。现有研究表明，井下设备的腐蚀状况与工作温度及工作介质[14-15]有关。黄知娟等[16]研究了P110钢在高温CaCl2完井液（密度1.3 g/cm3）中的腐蚀行为，证明提高温度会导致腐蚀速率上升，同时认为腐蚀产物覆盖部位和未覆盖部位形成的微观电偶效应加速了局部区域腐蚀，形成局部腐蚀坑。Liu等[17]在150 ℃、3 MPa实验条件下研究KBr盐水（pH=7.14，密度为1.4 g/cm3）对13Cr不锈钢的腐蚀行为，在点蚀坑附近发现能减缓腐蚀的钝化区域。Liu等[9]在150 ℃下研究溴盐完井液对13Cr不锈钢的点蚀行为，认为点蚀生长初期腐蚀坑填料的主要成分是Br−，且Br−参与钝化膜的击穿和凹坑的扩展过程。因此，无固相盐水完井液所含卤素离子越多对钝化膜破坏越大，工作温度越高则缓蚀剂分子吸附能力越弱，沉淀膜越疏松则越难以隔离金属与腐蚀介质，无固相盐水完井液的腐蚀性越强。
目前，按金属表面沉淀膜的特征，高密度盐水完井液缓蚀剂主要分为吸附型缓蚀剂、氧化型（钝化型）缓蚀剂和沉淀型缓蚀剂[18-19]。吸附型缓蚀剂包括咪唑啉类[20-21]、曼尼希碱类[22]、羧酸类[23]等，通过分子中孤对电子与金属外层空轨道的吸附作用，使分子吸附到金属表面，抑制电化学腐蚀反应中的电荷交换而抑制腐蚀[24]，因该类缓蚀剂高温下易分解、易从金属表面脱附，在深井、超深井领域的应用受到一定限制。氧化型缓蚀剂[25]利用氧化性将金属表面氧化，生成致密钝化膜以抑制腐蚀[26]，如钛合金表面覆盖的致密氧化钛膜使其具有很强的抗腐蚀性能[27]。沉淀型缓蚀剂与金属阳离子结合生成难溶沉淀，在金属表面堆积形成沉淀膜隔绝金属与完井液以抑制腐蚀。Dong等[28]利用低质量分数NO3−（1%）将腐蚀凹坑处Fe2+氧化成Fe3+，在腐蚀坑底部构建了铁的氧化物和氢氧化物堆积层，抑制了钢材的腐蚀；但更高质量分数的NO3−（10%）会破坏保护层，减弱缓蚀效果。Jia等[29]证明了180 ℃下吸水性柔性胶粒KA01与聚乙烯亚胺混合体系通过吸收游离水阻碍自由离子传导，遏制电化学反应从而抑制磷酸盐完井液对P110钢的腐蚀，然而该方法保护层难以完全屏蔽腐蚀离子的传递，高温下磷酸盐完井液的缓蚀效果有限。
1 实验介绍
1.1 实验设备与材料
腐蚀实验主要仪器设备：LHG-3型高温高压陈化釜（南北仪器有限公司），尺寸为10 cm×10 cm×25 cm，容量500 mL；DHG-9240A型电热恒温鼓风干燥箱（成都晟杰科技有限公司）；JJ-1精密增力搅拌器（江苏东鹏仪器制造有限公司）；JJ324BC型电子天平；高精度电子数显表卡尺（得力集团有限公司）。分析表征仪器：Quanta 450型环境扫描电子显微镜（美国FEI公司），附件为X射线能谱仪（SEM/EDS）；X’Pert PRO MPD型X射线衍射仪（荷兰帕纳科公司）。
实验用吸附型缓蚀剂为水溶性阳离子咪唑啉缓蚀剂，购自上海研恬生物科技有限公司。实验用焦磷酸钾（K4P2O7），以及成膜剂铜盐（Cu2+）、锌盐（Zn2+）、钙盐（Ca2+）、锰盐（Mn2+），均购自成都市科隆化学品有限公司，纯度为分析纯；无水乙醇购自成都市科隆化学品有限公司，纯度为99.7%。去离子水由实验室自制。腐蚀试片（简称试片）选用化学成分符合API Spec 5CT要求的P110油套管钢，规格为50 mm×25 mm×2 mm，具体成分如表1 所示。实验前将焦磷酸钾溶于清水配制密度为（1.800±0.005）g/cm3、pH值为12.0的磷酸盐完井液。实验方案包括空白组，腐蚀介质为磷酸盐完井液；缓蚀剂组，腐蚀介质为磷酸盐完井液、咪唑啉缓蚀剂；成膜剂组，腐蚀介质为磷酸盐完井液、成膜剂。
表1 P110钢的化学成分 |
| 元素 | 质量分数/% | 元素 | 质量分数/% |
|---|---|---|---|
| C | 0.300 0 | Mn | 0.430 0 |
| P | 0.006 0 | Cu | 0.051 0 |
| Si | 0.380 0 | Mo | 0.890 0 |
| S | 0.001 5 | Ni | 0.046 0 |
| Cr | 0.540 0 | Fe | 97.355 5 |
1.2 实验方法与步骤
①实验准备：利用去离子水、无水乙醇去除试片表面保护油脂，常温下晾干，使用游标卡尺精确测量其长、宽、高，然后称重（精确至0.000 1 g），最后按照不同实验方案配制腐蚀介质，其中缓蚀剂、成膜剂需先溶解到10 mL清水中，再与300 mL磷酸盐完井液搅拌混合10 min。为了研究磷酸盐完井液的腐蚀机理并对比缓蚀剂组、成膜剂组实验效果，设计空白组腐蚀实验；利用缓蚀剂组实验研究吸附型缓蚀剂的缓蚀效果，配制质量分数分别为0.15%，0.50%，1.00%的咪唑啉缓蚀剂；配制质量分数为0.1%的Cu2+和0.5%的Zn2+、Ca2+、Mn2+成膜剂，以筛选出高效成膜剂；分别配制质量分数为0.10%，0.25%，0.50%，1.00%，5.00%的Zn2+成膜剂，研究不同质量分数Zn2+成膜剂的缓蚀效果及其缓蚀机理；配制质量分数分别为0.010%，0.025%，0.050%，0.100%的Cu2+成膜剂，研究不同质量分数Cu2+成膜剂的缓蚀效果及其缓蚀机理；将0.050% Cu2+成膜剂分别与0.100%，0.250%，0.500% Zn2+成膜剂复配，研究Cu2+与Zn2+复配成膜剂对缓蚀效率的影响及其缓蚀机理。为对比腐蚀介质腐蚀前后状态，各组腐蚀介质配制完成后均需拍照记录。
②腐蚀实验：采用静态失重法研究腐蚀行为。将腐蚀试片悬挂到高温高压陈化釜内部，针对各组实验向陈化釜中注入300 mL腐蚀介质后密封，然后置于电热恒温鼓风干燥箱中，170 ℃下恒温腐蚀72 h。
③计算腐蚀速率及缓蚀效率：实验结束后取出腐蚀试片，首先用去离子水及细毛刷去除表面疏松的腐蚀产物，再将试片放入酸洗液（15% HCl+1% 咪唑啉缓蚀剂+去离子水）中浸泡5 min，洗去试片表面难溶盐形成的沉淀膜。未经腐蚀的钢片浸泡于酸洗液5 min后，钢片质量损失为总质量的0.003 04%，因此可以忽略酸洗造成的腐蚀速率误差。实验完成后将试片洗净、烘干、称重后置于密封袋储存，通过（1）式和（2）式计算试片腐蚀速率和缓蚀效率。取各实验组实验后腐蚀介质50 mL置于西林瓶中密封静置24 h。
$v=\frac{87600\times \left( {{m}_{0}}-{{m}_{1}} \right)}{\rho At}$
$\eta =\left( 1-\frac{v}{{{v}_{0}}} \right)\times 100\%$
④腐蚀试片表征：将各实验组腐蚀前及腐蚀后试片洗净烘干，依次置于X射线衍射仪内进行测试并获取衍射图谱，随后利用MDI Jade 6.5软件处理衍射数据，检索物相；将上述试片喷金后直接置于扫描电子显微镜内观察表面形貌，同时通过扫描电子显微镜附带的X射线能谱仪检测试片表面的元素种类。
2 磷酸盐完井液腐蚀特征
2.1 腐蚀产物膜成分分析
为明确磷酸盐完井液对试片的腐蚀机理，利用扫描电镜（SEM）观察腐蚀前后试片表面的微观形貌，并通过X射线能谱仪（EDS）分析试片表面腐蚀产物晶体的元素组成。空白组实验试片腐蚀前表面呈规则的金属加工纹理，无附着物沉积（见图1a ）；腐蚀后表面凹凸不平，有晶体及非晶体沉积（见图1b ）。非晶体在试片表面沉积不均匀，且其沉积凹坑边缘存在最大直径为4.6 μm的微孔。试片腐蚀后晶体的EDS元素分析结果表明，表面腐蚀产物主要组成元素为C、O、P、K、Fe（见图1c ），质量分数分别为9.23%，24.34%，14.83%，17.51%，34.09%。
2.2 磷酸盐完井液腐蚀机理
碱性高密度磷酸盐完井液主要通过高温水蒸气及其水解产物腐蚀试片。综合试片表面SEM微观表征、EDS元素分析及XRD物相分析结果，腐蚀过程主要分为以下步骤。
磷酸盐完井液在高温下水解生成腐蚀性更强的K2HPO4[27]：
K4P2O7+H2O →2K2HPO4
②同时，170 ℃高温下磷酸盐完井液中的水转变为水蒸气，与Fe发生反应[31]：
3Fe+4H2O →Fe3O4+4H2
③腐蚀过程产生的Fe3O4附着在试片表面，其晶核与K2HPO4作用生成FePO4（H2O）2和KFe2（PO4）2（见（5）式）。随着腐蚀持续进行，KFe2（PO4）2晶核逐渐长大形成晶体，大量晶体紧密堆积形成腐蚀产物膜。
④Fe与水蒸气的反应过程短暂，大量未腐蚀的细微铁屑随磷酸盐晶体堆积在沉淀膜中，使腐蚀不断在沉淀膜内部进行，期间产生的H2不断破坏沉淀膜使其结构疏松多孔，减弱对试片的保护作用。
基于EDS能谱中P、O元素质量分数之比与原子质量比，计算物质的量之比接近1∶4，证明晶体中P、O元素以PO43−的形式存在；同理，Fe、P元素物质的量之比接近1∶1，间接证明腐蚀反应与（5）式相符。
2Fe3O4+16K2HPO4 →2FePO4(H2O)2+2KFe2(PO4)2+10K3PO4+4H2O
3 成膜剂优选及膜转化机理
3.1 咪唑啉缓蚀剂的作用效果
阳离子型咪唑啉高温缓蚀剂对试片的缓蚀效果如图3 所示。腐蚀72 h后空白组实验试片腐蚀速率为4.02 mm/a；当缓蚀剂质量分数从0.15%增至1.00%，试片腐蚀速率从3.85 mm/a降至3.41 mm/a，缓蚀效率从4.23%增至15.15%，腐蚀依然严重。实验用磷酸盐完井液密度为1.800 g/cm3，接近其极限密度1.813 g/cm3，此时1.00%缓蚀剂无法完全溶解到磷酸盐完井液中，继续增加缓蚀剂质量分数也难以提高其对试片的缓蚀作用。对比空白组与缓蚀剂组实验腐蚀后试片表面SEM图像可以看出（见图4 ），空白组实验试片表面出现晶体沉淀形成的腐蚀产物膜而缓蚀剂组实验试片表面未出现。综上所述，咪唑啉缓蚀剂对磷酸盐完井液的腐蚀具有轻微抑制作用，同时根据试片腐蚀后表面电镜表征结果，可以认为咪唑啉缓蚀剂吸附在试片表面时一方面阻碍电化学腐蚀，另一方面抑制难溶盐在试片表面的沉积，导致晶体难以在试片表面生长，阻碍了沉淀膜的构建，最终导致腐蚀过程难以得到高效抑制。
3.2 成膜剂优选
磷化工艺是指通过化学与电化学反应，在金属表面形成磷酸盐化学转化膜的过程，常应用于汽车、军工、机械等领域，对钢铁进行防锈、耐磨、涂装处理[32]。磷酸盐完井液在碱性环境与酸性环境下对P110钢的腐蚀机理不同，但最终均能在金属表面形成难溶金属磷酸盐沉淀膜[33]，因此，参考金属磷化过程有助于筛选合适的金属离子进行防腐。需要注意的是，磷化工艺中Cu2+并非作为生成磷酸盐沉淀的主成膜剂，而是作为缩短磷化反应时间、促使保护膜致密的促进剂，其加量较少。因此，成膜剂实验组中分别加入质量分数为0.1%的Cu2+和0.5%的Zn2+、Ca2+、Mn2+成膜剂，最终试片腐蚀速率分别为0.135，1.220，2.070，3.400 mm/a（见图5a ）。对比空白组实验结果可以看出，170 ℃高温下Cu2+、Zn2+、Ca2+、Mn2+成膜剂均具有一定缓蚀作用，其中Cu2+成膜剂缓蚀效率最高，达96.64%，Zn2+、Ca2+、Mn2+成膜剂缓蚀效率为69.63%，48.47%，15.36%。
腐蚀实验结束后，Cu2+、Zn2+成膜剂组磷酸盐完井液呈现清澈的浅蓝色和棕黄色，分别为Cu2+、Fe3+的颜色，静置一段时间后，西林瓶底部没有沉淀产生（见图5b ）。Ca2+成膜剂组磷酸盐完井液内部均匀分布大量白色沉淀，Mn2+成膜剂组西林瓶底观察到白色沉淀堆积，据此推断Ca2+、Mn2+成膜剂参与腐蚀后会使完井液内部产生沉淀，应用于现场可能对地层产生固相损伤，影响完井质量。综合各金属离子的缓蚀性能及腐蚀实验后完井液沉淀量，认为Cu2+、Zn2+成膜剂具有较好的成膜缓蚀应用前景。
3.3 Zn2+成膜剂质量分数优选及其膜转化缓蚀机理
3.3.1 Zn2+成膜剂质量分数优选
170 ℃条件下腐蚀72 h后Zn2+成膜剂的缓蚀效果如图6 所示。Zn2+成膜剂质量分数从0.10%增至0.50%，试片腐蚀速率从1.33 mm/a降至1.22 mm/a，缓蚀效率从66.89%增至69.63%，证明Zn2+成膜剂具有一定缓蚀作用。
腐蚀后，Zn2+成膜剂组磷酸盐完井液因腐蚀过程产生Fe3+而呈棕黄色（见图7f —图7j ）。试片表面形成沉淀膜会消耗一定量Zn2+，随着Zn2+质量分数增加，过量的Zn2+与K4P2O7水解产生的PO43−结合生成难溶的Zn3（PO4）2白色沉淀（见（7）式），使得腐蚀后的磷酸盐完井液逐渐变得浑浊，在西林瓶底出现更多白色沉淀。综合不同质量分数Zn2+成膜剂的缓蚀效果及固相含量可能带来的地层损伤，Zn2+成膜剂的质量分数应控制在0.25%~0.50%。
3Zn2++2PO43- →Zn3(PO4)2↓
3.3.2 Zn2+成膜剂膜转化机理
Zn2+成膜剂组试片表面沉淀膜的EDS元素分析及XRD物相分析结果证明（见图10 ），该组试片沉淀膜元素组成为C、O、P、K、Fe、Zn，质量分数分别为9.73%，28.62%，16.62%，17.79%，8.09%，19.14%；沉淀膜晶体化学式为KZnPO4，同时还检测到试片表面存在Fe单质。
综合沉淀膜微观形貌及沉淀晶体的物相分析，Zn2+成膜剂组沉淀膜的形成分为2个过程：①化学反应。Zn2+进入磷酸盐完井液先与OH−反应生成Zn（OH）2沉淀，然后与P2O74−发生络合反应。高温下P2O74−水解生成HPO42−速率较慢，产生后立即被Zn（OH）2消耗生成KZnPO4（见（8）式），使整个体系内HPO42−的质量分数保持在很低的水平，一定程度上抑制了与Fe2O3反应。②结晶过程。KZnPO4析出沉淀、形成晶核再逐渐生长形成晶体，晶体在试片表面堆积形成沉淀膜。另外，化学反应期间络合物的解离过程延长了反应时间，为晶体生长提供更多时间，使其晶型更为规整。最终在试片表面形成均匀致密的KZnPO4沉淀膜，降低了腐蚀速率，提高了缓蚀效率。基于EDS结果计算P、O物质的量之比接近1∶4，证明晶体中P、O主要以PO43−的形式存在，Zn、K、P物质的量之比接近1∶1∶1，证明晶体化学式为KZnPO4。但是KZnPO4沉淀膜生成速率较慢，在其还未彻底形成的阶段，试片表面腐蚀不能得到高效抑制，总体缓蚀效率难以进一步提高。
Zn(OH)2+K2HPO4 →KZnPO4+KOH+H2O
3.4 Cu2+成膜剂质量分数优选及其膜转化缓蚀机理
3.4.1 Cu2+成膜剂质量分数优选
170 ℃条件下腐蚀72 h，Cu2+成膜剂的缓蚀效果如图11 所示。与Zn2+成膜剂的缓蚀效果相比，较低质量分数的Cu2+成膜剂具有更高的缓蚀效率及更低的腐蚀速率。随着Cu2+成膜剂质量分数逐渐从0.010%增至0.100%，试片的腐蚀速率从3.750 mm/a减小到0.135 mm/a，缓蚀效率从6.64%增至96.64%。Cu2+成膜剂质量分数较低时（≤0.025%）缓蚀效率不足12%，缓蚀效果较差；当质量分数增至0.050%时，缓蚀效率升至96.64%，继续增加质量分数，缓蚀效率基本保持不变。
Cu2+与P2O74−混合会立即生成蓝色沉淀Cu2P2O7（见（9）式），同时，由于P2O74−是一种络合剂，不断搅拌下Cu2P2O7沉淀在过量P2O74−的作用下溶解生成[Cu(P2O7)2]6-络合物[35]，使磷酸盐完井液呈深蓝色（见（10）式）。对比观察Cu2+成膜剂组腐蚀前后的试片（见图12 ），Cu2+成膜剂质量分数较低时（≤0.025%），试片表面颜色呈黑灰色，粗糙而无金属光泽；随着Cu2+成膜剂质量分数增加，试片表面趋于光滑且呈现金属光泽，此时试片表面颜色为棕红色，说明缓蚀效果好。
综上所述，Cu2+成膜剂质量分数为0.05%~0.10%时缓蚀效果较好，且Cu2+成膜剂不容易产生固相颗粒，一定程度上避免了对地层的损害，符合现实工况的应用要求。
3.4.2 Cu2+成膜剂膜转化缓蚀机理
对比0.050% Cu2+成膜剂组试片腐蚀前后的表面形貌（见图13a 、图13b ），Cu2+成膜剂组试片表面颜色较腐蚀前更加暗淡，SEM图像显示试片腐蚀前表面平整光滑，腐蚀后出现蚯蚓状孔洞，平行于试片竖状纹理均匀分布。与空白组试片腐蚀后表面形貌相比（见图13c ），Cu2+作用于试片后表面没有出现结晶体堆积形成的沉淀膜，在电镜下仍能清晰观察到试片的竖状纹理。
0.050% Cu2+成膜剂组腐蚀后试片表面EDS能谱显示（见图14a ），试片表面除Fe及碳钢中原有的C、S、Si外还含有少量的Cu，质量分数分别为88.64%，6.24%，0.36%，0.42%，1.05%。从试片腐蚀前后XRD分析结果可以看出（见图14b ），腐蚀前后试片表面只存在单质Fe，表面微量的Cu没有被检测出来，同时也不存在难溶盐结晶。
Cu2+成膜剂组试片浸入磷酸盐完井液后，P2O74−在高温作用下水解，同时[Cu(P2O7)2]6-解离成Cu2+与P2O74−，Fe结合Cu2+在试片表面形成无数微小的原电池，Cu2+迁移到阴极与Fe单质进行电荷交换被还原成单质Cu，阳极区Fe发生氧化反应失去电子生成Fe2+使试片溶解，最终形成蚯蚓状微孔，此过程本质上属于阳极溶解型腐蚀。当Cu2+成膜剂质量分数大于等于0.05%时，其缓蚀效率快速升高，形成Cu保护膜，代替腐蚀产物膜抑制试片腐蚀；保护膜构建完成后继续增加Cu2+成膜剂质量分数无法再提高缓蚀效率。尽管Cu保护膜缓蚀效率较高，但当Cu2+成膜剂质量分数不足时，试片表面不能完全被Cu保护膜覆盖；另外，Cu镀层厚度很薄，容易被磨损破坏，难以长久持续保护试片。
3.5 Cu2+、Zn2+成膜剂复配及其膜转化缓蚀机理
3.5.1 Cu2+、Zn2+成膜剂配比优化
Cu2+、Zn2+成膜剂均能将试片腐蚀产物膜转化为缓蚀效果更好的保护层，但两种成膜剂的缓蚀效率及膜转化机理不同，本文研究了0.05% Cu2+成膜剂与不同质量分数Zn2+成膜剂复配形成的成膜剂腐蚀72 h后的缓蚀效果（见图15 ）。Zn2+成膜剂与0.05% Cu2+成膜剂复配后，与Zn2+成膜剂组相比试片腐蚀速率大幅下降，Zn2+成膜剂质量分数从0.10%增至0.50%，复配成膜剂腐蚀速率先下降后上升至0.40 mm/a，对应的缓蚀效率先增至93.03%再下降至90.04%。因此，0.05% Cu2+成膜剂与0.25% Zn2+成膜剂复配后的缓蚀效果最好。
对比观察0.25% Zn2+成膜剂和不同配比复配成膜剂腐蚀后试片表面（见图16 ），0.25% Zn2+成膜剂处理后的试片表面沉淀膜平整，呈深灰色，触感较腐蚀前更粗糙；Zn2+成膜剂与Cu2+成膜剂复配后，试片表面沉淀膜变为棕红色，随着Zn2+成膜剂质量分数增加，沉淀膜颜色加深，粗糙度先减小后增加。
3.5.2 Cu2+、Zn2+成膜剂复配膜转化机理
EDS元素分析及XRD物相分析结果显示两种晶体的衍射峰均与PDF#81-1034卡片结果高度重合，证明复配成膜剂和Zn2+成膜剂腐蚀后沉淀膜化学组成均为KZnPO4（见图18 ）。基于图18a 计算P、O物质的量之比接近1∶4，证明晶体中P、O主要以PO43−的形式存在，Zn、K、P物质的量之比接近1∶1∶1，证明晶体化学式为KZnPO4。另外，XRD物相分析结果显示复配成膜剂形成的沉淀膜中存在单质Cu，因此SEM图像中KZnPO4晶体之间沉积的不规则颗粒即为单质Cu，使得沉淀膜呈棕红色。
KZnPO4晶体膜的形成过程与Cu单质的沉积过程同时开始，腐蚀过程中二者相互混合堆积在试片表面形成棕红色沉淀膜。去除沉淀膜，通过SEM图像发现试片表面存在与Cu镀层表面一样的蚯蚓状孔洞。因此，复配成膜剂沉淀膜构建过程中KZnPO4晶体生成速度较慢，其沉淀膜完全构建前，磷酸盐完井液中Cu2+吸附在试片表面并通过电化学方式快速沉积单质Cu形成保护膜，共同抑制试片腐蚀。与Cu2+成膜剂膜转化缓蚀相比，复配成膜剂膜转化缓蚀既保证了较高的缓蚀效率又生成耐温耐磨的沉淀膜。需要注意的是，复配成膜剂沉淀膜形成过程中，KZnPO4沉淀膜会与Cu2+竞争吸附试片表面与Fe接触的位置，Zn2+成膜剂质量分数过高时KZnPO4沉淀膜形成速率更快，Cu2+与试片电荷交换面积减少，不能及时生成Cu保护膜，最终导致试片缓蚀效率较0.05% Cu2+实验组有所下降；Zn2+成膜剂质量分数过低会降低沉淀膜形成速率，最终导致缓蚀效率下降。因此，Cu2+成膜剂、Zn2+成膜剂复配后的缓蚀效率随Zn2+成膜剂质量分数增加先增大后减小。
4 结论
磷酸盐完井液在高温下通过高温水蒸气及其水解产物腐蚀试片，生成铁系磷酸盐腐蚀产物膜。高温环境下Zn2+成膜剂和Cu2+成膜剂对磷酸盐完井液的缓蚀效果较好。Zn2+成膜剂质量分数为0.25%~0.50%时缓蚀效果最好，缓蚀效率最高达69.63%，质量分数大于0.50%时与磷酸盐完井液作用产生沉淀，损害地层；Cu2+成膜剂质量分数为0.05%时，缓蚀效率可达96.64%，与Zn2+成膜剂相比缓蚀效率更高，但耐磨性差。将0.05% Cu2+成膜剂与0.25% Zn2+成膜剂复配后，缓蚀效率可达93.03%，既保证了较高的缓蚀效率又生成耐温耐磨的沉淀膜。
Zn2+成膜剂通过改变腐蚀反应路径，在试片表面生成耐高温、厚度均匀、晶体堆积紧密的KZnPO4沉淀膜，抑制了试片腐蚀。Cu2+成膜剂与Fe通过电化学反应在试片表面析出微量单质Cu，从而形成保护膜，抑制了金属腐蚀。复配成膜剂结合两种成膜剂成膜机理，在试片表面形成KZnPO4晶体与单质Cu复合保护膜，有效抑制了试片的腐蚀。
符号注释：
A——试片表面积，cm2；m0，m1——试片初始质量、试片腐蚀后质量，g；t——腐蚀时间，h；v，v0——实验组、空白组的腐蚀速率，mm/a；η——缓蚀效率，%；ρ——试片密度，g/cm3。