J55油管钢抗CO_2腐蚀复配缓蚀剂的制备及其缓蚀性能

目前,对油田常用油管材料J55钢抗CO_2腐蚀复配缓蚀剂研究不足,以油酸咪唑啉季铵盐和喹啉季铵盐为缓蚀剂主剂,配以辅助剂和表面活性剂配制了3种复配缓蚀剂,利用失重试验、扫描电子显微镜测试和电化学测试研究了3种复配缓蚀剂在油田采出水介质中对J55油管钢的缓蚀性能。结果表明:这3种复配缓蚀剂均有良好的抗CO_2腐蚀效果,其中喹啉季铵盐与硫脲复配缓蚀效果最好,高压失重试验中,缓蚀剂浓度为100 mg/L时缓蚀率可达85%以上,常压电化学测试中,缓蚀剂浓度为40 mg/L时,缓蚀剂可达97.91%;油酸咪唑啉季铵盐与硫脲复配、喹啉季铵盐与硫脲复配的缓蚀剂为抑制阳极型缓蚀剂,喹啉季铵盐与六亚甲基四胺复配的缓蚀剂为混合型缓蚀剂。     

油酸基咪唑啉类缓蚀剂的复配及其缓蚀性能研究

以丙炔醇、丁炔二醇为复配剂对油酸基咪唑啉缓蚀剂进行了复配研究.利用红外光谱分析(IR)静态失重法、Tafel极化曲线、SEM等手段考察了咪唑啉中间体的结构及复配对咪唑啉缓蚀剂缓蚀性能的影响.研究结果表明,炔醇复配在很大程度上改善了咪唑啉缓蚀剂的缓蚀效果,丙炔醇的复配效果优于丁炔二醇.丙炔醇复配可以达到99%以上的缓蚀率,腐蚀速率可以达到2g/(m2·h)以下.咪唑啉缓蚀剂与炔醇通过协同效应可以使吸附在金属表面的缓蚀剂吸附膜更加均匀、致密.     

新型抗温抗酸含磺酸基咪唑啉缓蚀剂的合成及其性能

为提高咪唑啉类缓蚀剂的抗酸抗温性能,用3-氯-2-羟基丙磺酸钠对羟基月桂酸咪唑啉进行改性,得到了一种新型的含磺酸基的抗温抗酸型咪唑啉缓蚀剂.采用红外光谱仪及核磁共振仪分析缓蚀剂及其合成中间体的结构;采用静态失重法、极化曲线法和交流阻抗法研究了不同温度下缓蚀剂在1 mol/L HCl中对P110钢的抗温抗酸性能,并探讨了其在P110钢表面的吸附行为;采用扫描电镜观察P110钢表面腐蚀形貌,采用能谱仪分析腐蚀产物成分.结果表明:缓蚀剂在HCl中对P110钢有良好的缓蚀效果,缓蚀效率均在90％以上;在相同缓蚀剂浓度下,缓蚀效率随温度升高而增大,表现出良好的抗温性能;缓蚀剂在P110钢表面的吸附过程为吸热过程,且遵循Langmuir吸附等温式,属物理吸附和化学吸附共存的混合吸附类型,且呈现出很强的化学吸附特征.     

铁、不锈钢表面自组装膜的表征及其电化学研究

自组装膜(SAMs)是分子在溶液(或气态)中自发通过化学键牢固地吸附在固体基底上而形成的有序分子膜.由于其堆积紧密、结构稳定,因而具有抑止腐蚀的作用.铁在空气中易氧化,表面均有一层氧化铁,且很难处理,因此关于铁和不锈钢金属表面自组装膜的报道较少.在铁金属表面上组装膜主要集中在烷基硫醇体系,由于烷基硫醇的毒性以及自组装膜的不稳定性,如何寻找新型缓蚀剂在铁表面组装受到广泛的关注.通过研究发现咪唑啉衍生物和巯基三氮唑是一种低毒、高效的金属缓蚀剂,对抑制铁在酸性溶液中的腐蚀尤其有效.采用各种表面分析测试手段与理论化学方法,如分子模拟,研究缓蚀剂在金属表面形成自组装膜的作用机理,也是今后发展的一个方向.本文中合成了两种咪唑啉衍生物(IM)及巯基三氮唑缓蚀剂并表征,并测定其在电极表面组装后铁的电化学腐蚀行为及缓蚀效率.同时采用表面分析的方法如扫描电化学显微镜(SECM)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)对金属表面进行了分析,并用分子模拟的方法对可能的吸附形态进行了理论分析,以分子力学为基本方法,主要研究了铁表面自组装体系,探讨了分子层次的吸附构象以及吸附的稳定性,探讨了其缓蚀机理.(1)咪唑啉在铁表面的自组装膜的研究咪唑啉类缓蚀剂是对环境友好的性能优良的缓蚀剂.因其结构的特殊性,含五元杂环、长的烷基链及功能基团的胺基,其中咪唑啉环上的氮易与铁配位,且p-π共轭体系的咪唑啉以及环上引入供电子基团,能增强氮与铁的化学吸附作用.本文用硬脂酸或松香酸与二乙烯三胺减压下加热脱水制得咪唑啉(IM)咪唑啉衍生物.对两种(IM)在铁表面的组装性能进行比较,用电化学的方法对(IM)在铁表面上的自组装进行研究,主要运用电化学阻抗谱和极化曲线的方法测定缓蚀效率.用表面分析的方法如XPS、SEM等对自组装前后表面的组成腐蚀形貌进到了相应的比较,得出IM在铁表面形成了稳定、均匀的SAMs.电化学阻抗测谱测试结果表明,咪唑啉化合物在酸性溶液中对铁具有良好的缓蚀能力.阻抗谱图均表现为较好的单一容抗弧,用等效电路拟合计算的缓蚀效率与极化曲线法测试所得结果基本一致.其实验结论为:电化学阻抗谱和极化曲线的结果表明咪唑啉缓蚀剂自组装膜对铁有较高的缓蚀作用;XPS的结果表明,咪唑啉分子吸附在金属铁的表面形成SAMs.分子模拟的方法预测了IM在铁表面的吸附形态,表明N原子吸附在铁的表面.分子模拟的方法可预测SAMs的吸附构型.SECM给出了SAMs在基底表面的高分辨率的形貌图,根据靠探针感应到的电流大小可定量的表征自组装膜.采用的恒高度模式,针尖Z方向的位置不受反馈控制,X和Y轴的扫描范围是1mm.其工作模式是基底产生/探头收集,以研究发生在探头针尖与基底间隙的化学动力学过程并对表面浓度进行检测.组装IM后对铁基底的溶解有抑制作用,阻碍了电荷转移过程;从线扫描的曲线及面扫描的三维图中可看出组装之后的铁电极比空白的铁电极表面的探头电流更趋向于平和,没有空白铁电极那么大的电流起伏.在铁电极表面形成的SAMs膜对电极在溶液中发生的氧化还原反应起阻碍作用.松香基咪唑啉形成的SAMs膜与硬脂酸咪唑啉形成的SAMs相比,SECM检测的探头法拉第电流更小,表明松香基咪唑啉的SAMs膜对铁有更好的保护作用,抑制了电荷的转移.SECM的结果与电化学交流阻抗谱和极化曲线的实验结果相一致.(2)巯基三氮唑在铁上自组装膜的表征有目的地设计合成了三氮唑类化合物并对其缓蚀性能进行了较系统的研究.巯基三氮唑及其衍生物由于分子中含有多个杂原子(N,S),能提供孤对电子,进入铁原子空的轨道,产生多个吸附中心,通过配位键化学吸附到金属的表面上而形成SAMs.通过对长烷基巯基三氮唑(AAMT)在铁上的SAMs的研究表明AAMT是一种混合型缓蚀剂,且随着组装时间(15min～4h)的延长,缓蚀效率增加.电化学阻抗谱和极化曲线的结果表明,三氮唑缓蚀剂自组装膜对铁有较高的缓蚀效率,且二者的实验结果相一致;XPS的结果表明,三氮唑分子吸附在铁的表面形成SAMs;从SEM的分析得出,在金属铁的表面形成了一层自组装吸附膜,且SAMs膜对铁在硫酸中的腐蚀起到了保护作用,组装前后铁的腐蚀形貌发生了明显的变化.分子模拟的结果表明,咪唑啉分子中的N原子、S原子与铁成键,且五元杂环平铺在金属铁的表面,而长的烷基支链却发生倾斜,疏水基长烷基的存在增加了吸附膜的厚度,从而达到了缓蚀目的.(3)用SEM和SECM对IM在不锈钢表面自组装的初步探讨不锈钢由于其结构的特殊性,含的成分太多,组装比较困难.本文用SEM表征了咪唑啉在不锈钢表面组装后腐蚀形貌的变化,并用SECM法表征了组装前后法拉第探头电流大小的变化.SAMs在电极表面生成了一层"屏障",将电极与溶液中具有氧化还原活性的分子部分屏蔽起来,使得溶液中的氧化还原产物之间的转化不再与裸电极表面一样容易发生.表面形成SAMs,而且该膜改变了原来电极表面的物理与化学特性,对基底有一定的保护作用.     

饱和CO_2油田水中咪唑啉季铵盐在N80钢表面的吸附与其缓蚀性能关系

为了探讨在含饱和CO2油田水中咪唑啉季铵盐在N80钢表面的吸附与其缓蚀性能的关系,以苯甲酸、二乙烯三胺和氯乙酸钠为原料,合成一种咪唑啉季铵盐缓蚀剂。采用红外光谱对合成物结构进行了表征,采用静态失重法、电化学法和形貌观察法研究了其在含饱和CO2模拟油田水中对N80钢的缓蚀性能及吸附行为。结果表明:在模拟油田水中,咪唑啉季铵盐浓度、温度、时间对N80钢缓蚀性能影响显著;咪唑啉季铵盐能在金属表面形成牢固的单分子吸附膜,阻碍腐蚀介质与金属接触;该缓蚀剂属于混合型缓蚀剂,低浓度以阴极控制为主,高浓度以阳极控制为主;该缓蚀剂主要通过在金属表面吸附成膜,改变金属的界面状态而起缓蚀作用,且随着其浓度的提高,缓蚀性能增强。     

Ti-6Al-4V钛合金在氢氟酸-硝酸体系下的缓蚀行为及机理

本工作利用失重法、扫描电子显微镜(SEM)、金相显微镜和电化学方法研究金莲橙OOO、铜铁灵、硫脲对钛合金在氢氟酸-硝酸混合溶液中的缓蚀作用,并通过接触角、表面张力法、红外光吸收谱(FTIR)研究缓蚀过程与机理。失重法、SEM测试和电化学方法都表明,当酸洗液中的氢氟酸与硝酸浓度比为1∶37.5时,三种缓蚀剂缓蚀效果排序为:金莲橙OOO铜铁灵硫脲。金莲橙OOO浓度越高,钛合金表面呈现的疏水性越强,缓蚀效果越好。表面张力随缓蚀剂浓度的增加呈线性减小趋势,达到临界胶束浓度后,钛合金表面的缓蚀剂分子吸附速率达到平衡,表面张力变化逐渐稳定,此时吸附效果最好。金莲橙OOO属于综合吸附膜型缓蚀剂,通过多中心吸附的方式生成大面积疏水膜,其缓蚀效果最好且随着浓度的增加而增强,在最佳浓度1.2 mmol/L下可保证钛合金的腐蚀失重在5.5 mg/cm~2左右,缓蚀率为79%。     

改性咪唑啉缓蚀剂对碳钢CO2腐蚀产物膜形貌和力学性能的影响

应用高温高压反应釜研究新开发的一种改性咪唑啉基缓蚀剂对预腐蚀后的X65钢在模拟油气田腐蚀环境中的缓蚀效果.利用SEM观察缓蚀剂对腐蚀产物膜的表面与截面微观形貌的影响.并用纳米压痕法、粘结剪切法测试腐蚀产物膜的力学性能.实验结果显示,缓蚀剂对预腐蚀后的X65钢具有良好的缓蚀效果,温度低于75℃时其缓蚀效率可达90%以上.实验条件下,缓蚀剂对腐蚀产物膜的结构和力学性能并没有明显改善作用,100℃时反而使膜的力学性能下降,表明缓蚀剂的缓蚀效果主要依靠表面吸附保护作用.     

3种双咪唑啉季铵盐对Q235钢在盐酸溶液中的缓蚀性能及吸附行为

咪唑啉类缓蚀剂缓蚀性能优异,应用前景广阔。目前对双咪唑啉缓蚀剂在金属表面吸附行为的研究未见报道。合成了3种双咪唑啉季铵盐CABI,BABI,SABI,用红外光谱表征了其结构,并用失重法和电化学方法研究了其在1mol/LHCl溶液中对Q235钢的缓蚀性能和吸附行为。结果表明:3种双咪唑啉季铵盐在1mol/LHCl介质中对Q235钢都具有良好的缓蚀性能,且用量少;较高温度(50～80℃)下的缓蚀效率达90%以上,其缓蚀能力大小顺序为CABI>BABI>SABI,均属于阴极型缓蚀剂;在Q235钢表面的吸附过程为放热过程,吸附行为服从Langmuir吸附等温式,主要为化学吸附。     

咪唑啉与亚磷酸二乙酯复配对环烷酸腐蚀的缓蚀机理

稠油中的环烷酸时常减压装置有较强的腐蚀,必须进行防护,加注缓蚀剂是较为理想的办法.将咪唑啉和亚磷酸二乙酯进行复配,研究其在高温(280℃)下对常减压装置的缓蚀性能.结果表明:280℃,咪唑啉和亚磷酸二乙酯质量比为2:1,复配缓蚀剂的加入量为质量分数0.1%时缓蚀效率最大,达到91.55%.咪唑啉和亚磷酸二乙酯都是吸附膜型缓蚀剂,其质量比2:1时咪唑啉分子在金属表面形成疏松网状的有机吸附膜,高温下亚磷酸二乙酯在这层膜的基础上又生成一层坚韧的吸附覆盖膜,具有较好的缓蚀效果.     

抗CO2腐蚀的气-液双相缓蚀剂的研究

在油气开发中，CO2对钢铁管道的腐蚀是影响安全生产的主要问题，采用有机缓蚀刺来控制CO2腐蚀是一种操作简便、行之有效的方法。以吗啉衍生物与咪唑啉衍生物、硫脲及丙炔醇进行复配得到一种抗CO2腐蚀的气．液双相缓蚀剂。采用静态挂片失重法，研究吗啉衍生物及其复配物对抑制CO2对N80钢腐蚀的效果。试验表明，该吗啉衍生物与咪唑啉衍生物、硫脲及丙炔醇复配后对抑制CO2的腐蚀有很好的效果。在实验条件下，该缓蚀剂的加入量为500mg／L时，气相中的缓蚀效率为93．6％．液相中的缓蚀效率为96．9％，是一种高效气-液双相缓蚀剂。     

新型双子咪唑啉季铵盐缓蚀剂的合成及其性能

为寻找性能优异的咪唑啉类缓蚀剂,以油酸与二乙烯三胺为原料、二甲苯为携水剂,制备了油酸咪唑啉(OAC),以环氧氯丙烷与二乙胺季铵化反应生成浅黄色混合物中间体,再与OAC反应,合成了一种新型双子咪唑啉季铵盐缓蚀剂(EOAC)。用红外光谱对其结构进行分析,并用静态腐蚀法考察了EOAC和OAC在不同浓度HCl溶液中对Q235钢的缓蚀率,用接触角测定仪测定了分别含有EOAC和OAC的水与Q235钢的接触角。结果表明:低酸度环境中EOAC较OAC缓蚀性能有所提高,浸润性更好,能更快在钢铁表面铺展成膜。     

桐油酸咪唑啉衍生物的合成及其缓蚀性能

桐油能自干成膜但水溶性差,在缓蚀剂中的应用有局限性。为此,以桐油为原料合成了桐油酸,将其与二乙烯三胺反应后,产物再与甲基丙烯酸甲酯反应制成桐油酸咪唑啉衍生物,利用红外光谱分析了合成产物的分子结构,利用失重法和动电位极化曲线考察了合成产物在盐酸溶液中对N80钢的缓蚀性能。结果表明:合成的桐油酸咪唑啉衍生物为以阴极抑制为主的混合型缓蚀剂,能有效抑制N80钢在盐酸介质中的腐蚀;随着桐油酸咪唑啉衍生物浓度的增大以及腐蚀介质温度和浓度的降低,N80钢的腐蚀速率下降,缓蚀效率上升。     

酸性盐溶液中复合缓蚀剂对304不锈钢缓蚀作用的研究

为了研究不同缓蚀剂及复合型缓蚀剂对304不锈钢在酸性(pH=1)3.5%氯化钠溶液中的最佳缓蚀效果、最佳复配效果和最佳复配比例,采用失重法、电化学方法、表面形貌观察法、表面接触角和表面张力等表征方法对咪唑、硫脲、铬酸钾这三种物质的缓蚀效果及复配效果进行了研究.结果表明:失重法和表面形貌观察法均显示出三种物质都有一定的缓蚀效果,其缓蚀效率的大小关系为:硫脲铬酸钾咪唑,最佳缓蚀时间为24 h;通过极化曲线Tafel外推法、电化学阻抗谱法和表面形貌观察法等均可得出最佳复配效果为硫脲与铬酸钾复配;将100 ppm的硫脲5 mL和100 ppm的铬酸钾5 mL进行复配时(复配比为1∶1)通过表面接触角和表面张力的方法可得最小接触角为46.5°,最小表面张力71.9 mN/m,故最佳复配比为1∶1,即在硫脲与铬酸钾配比为1∶1且时间为24 h时,这种复合型缓蚀剂对304不锈钢的缓蚀效果最佳.     

20钢在H2S溶液中的应力腐蚀开裂行为研究

采用电化学极化、慢应变拉伸、外加极化电位等方法对20钢在饱和H2S溶液中的应力腐蚀及其预防措施进行了研究.研究结果表明,20钢在饱和H2S水溶液中具有很高的应力腐蚀敏感性;在饱和H2S水溶液中对20钢进行适当的阳极或阴极极化均可降低20钢的应力腐蚀开裂敏感性,但阳极极化效果最为明显;在饱和H2S水溶液中添加咪唑啉缓蚀剂、硫脲-吡啶复配缓蚀剂都能显著降低20钢的应力腐蚀开裂敏感性.     

用磁阻法评价二氧化碳缓蚀剂的缓蚀性能

用Microcor磁阻法腐蚀速度快速测试系统研究了饱和CO2溶液中两种咪唑啉酰胺复配缓蚀剂对碳钢的缓蚀性能,并与失重法和电化学试验结果进行了比较.结果表明,磁阻法不仅能反映瞬时腐蚀速率随时间的变化趋势,也能反映一段时间内的平均腐蚀速率,而且能反映缓蚀剂的不同吸附作用和效果.     

饱和CO2的高矿化度溶液中咪唑啉缓蚀机理的研究

用静态挂片失重法、支电位扫描法和极化电阻法,研究了碳钢在饱和ＣＯ２的高矿化度溶液中的腐蚀规律和咪唑啉的缓同理。实验表明,咪唑啉是一种吸附型缓蚀剂,对于碳钢在饱和ＣＯ２的高矿化度溶液中的腐蚀有良好的抑制作用,其缓蚀作用是“负催化效应”所致。     

盐酸介质中咪唑啉缓蚀剂的性能

开发咪唑啉型缓蚀剂及其衍生物,探讨其腐蚀机理对于金属的腐蚀防护意义重大.为此,用月桂酸和二乙烯三胺合成了咪唑啉型缓蚀剂,通过静态失重法、线性扫描极化曲线法考察了其在5%HCl溶液中的缓蚀电化学性能及与KI的协同作用.结果表明:该缓蚀剂对A3碳钢的腐蚀具有明显的抑制作用,浓度为30 mg/L时缓蚀率达到99.0%;可以有效抑制腐蚀过程中的阳极反应;与Ⅺ有良好的缓蚀协同作用,10mg/L缓蚀剂与10 mg/L KI复配可以使缓蚀率达到99.2%,并且能将腐蚀速率控制在0.6 g/(m2·h)以下.     

ZS曼尼希碱缓蚀剂的制备与性能

为了解决在油气田酸化过程中酸液对地面管路及井筒管壁造成严重腐蚀的问题,合成了一种新型的噻唑类曼尼希碱缓蚀剂来保护金属。通过静态失重法、电化学方法和分子动力学模拟方法研究了该缓蚀剂在15%盐酸腐蚀介质中对N80钢的缓蚀性能。静态失重法表明:在加入1.0%(质量分数)优选配方合成的缓蚀剂ZS的腐蚀介质中N80钢的腐蚀速率为0.412 9 g/(m~2·h),远优于SY 5405-1996中的一级标准。电化学测试表明:该缓蚀剂是以抑制阳极反应为主的混合型缓蚀剂,其在N80钢表面上的吸附行为服从Langmuir吸附等温式,说明缓蚀剂ZS在N80钢上形成了单分子层吸附。分子动力学模拟结果表明:在介质中缓蚀剂分子可以稳定地吸附在金属表面,并有效地将金属表面和腐蚀介质隔开,从而起到缓蚀作用。     

硫脲基烷基咪唑啉类缓蚀剂的制备、缓蚀性能及其机理

过去,就咪唑啉类化合物引入硫脲基后对钢材缓蚀性能的影响研究报道较少.以有机酸(戊酸、羊蜡酸、油酸)、二乙烯三胺、氯化苄和硫脲为原料,合成了3种硫脲基烷基咪唑啉类季铵盐化合物.将Q235碳钢全浸在80 ℃的1 mol/L HCl溶液中,利用静态失重法和极化曲线法,研究了硫脲基烷基咪唑啉型季铵盐的缓蚀性能及其机理.结果表明...     

聚合型咪唑啉缓蚀剂的合成与性能

为提高咪唑啉缓蚀剂的水溶性及缓蚀效率,以己二酸与二乙烯三胺为原料合成了带酰胺和咪唑啉基团的聚合型缓蚀剂PIM,以羟乙基乙二胺为原料合成了常见的非聚合型缓蚀剂UPIM;采用红外光谱和质谱测试了2种缓蚀剂的结构及分子量;采用交流阻抗法分析了2种缓蚀剂在N80钢表面的吸附性质,并拟合了表面覆盖率和时间的关系曲线;采用Tafel极化曲线法测试了不同浓度缓蚀剂对N80钢的缓蚀性能.结果表明:N80钢在含50mg/LHM的0.5 mol/L H2SO4溶液中浸泡6 min后,覆盖率达到85.02％,高于UPIM;当0.5 mol/L H2SO4溶液中聚合型缓蚀剂PIM浓度为400 mg/L时,缓蚀率最高可达96.7％,明显高于缓蚀剂UPIM的;经过较长时间腐蚀后,聚合型缓蚀剂PIM在金属表面的吸附稳定性优于UPIM的.