喹啉型双季铵盐酸化缓蚀剂的合成与性能评价

以喹啉和双卤代烃为原料经季铵化反应合成了三种喹啉型双季铵盐酸化缓蚀剂:溴化1,4-二喹啉丁烷(Q-4-Q)、溴化1,6-二喹啉己烷(Q-6-Q)和溴化1,8-二喹啉辛烷(Q-8-Q),采用核磁共振氢谱对其结构进行表征。采用失重法,电化学方法和SEM等方法研究了三种产物在15%HCl溶液中对N80钢的缓蚀性能。结果表明,Q-8-Q的缓蚀性能最佳;双季铵盐Q-8-Q与肉桂醛(CA)最佳复配比为cQ-8-Q∶cCA=1∶1。在15%HCl,90℃条件下,6mmol/L该复配缓蚀剂对N80钢片的缓蚀率达99.79%,缓蚀性能优良;缓蚀剂分子在N80钢片表面形成一层保护膜;该复配缓蚀剂能有效抑制酸液对N80钢表面的腐蚀,是一种以抑制阴极反应为主、属"负催化效应"作用机理的混合型缓蚀剂。     

一种增强型曼尼希碱酸化缓蚀剂的合成及其性能

以乙二胺、多聚甲醛和苯乙酮为原料经曼尼希反应合成了乙二胺双曼尼希碱盐酸盐,并合成了2-苯甲酰基-3-羟基-1-丙烯(BAA)和3-羟基苯丙酮,使用核磁共振氢谱分别对其结构进行了表征。三者复配得到增强型酸化缓蚀剂,采用静态失重法,电化学方法和SEM观察等研究了复配缓蚀剂在15%HCl溶液中对N80钢的缓蚀性能。结果表明:在90℃、15%HCl溶液中加入0.1%复配缓蚀剂,N80钢片的腐蚀速率为2.316 2g·m~(-2)·h~(-1),即达到一级标准(SY/T 5405-1996)。此外,该缓蚀剂是一种混合型缓蚀剂,在N80钢片表面的吸附作用符合Langmuir等温吸附规律。表面分析试验(SEM和EDS)验证了缓蚀剂分子在N80钢片表面形成了一层保护膜。     

两种曼尼希碱缓蚀剂的缓蚀性能

采用甲醛/苯甲醛、苯乙酮和水合肼为原料分别合成了AJ和BJ两种曼尼希碱缓蚀剂。通过静态挂片失重法、电化学测试法等方法研究了在15%HCl(质量分数)溶液中,这两种缓蚀剂对N80钢的缓蚀性能。结果表明:在15%的HCl溶液中,AJ和BJ缓蚀剂对N80钢具有良好的缓蚀作用,且BJ缓蚀剂的缓蚀效果要优于AJ缓蚀剂的;两种缓蚀剂均为阳极型缓蚀剂,都能自发吸附在N80钢表面,其行为均符合Langmuir吸附等温式。     

盐酸介质中双子表面活性剂对N80钢的吸附缓蚀性能

采用静态失重法、电化学方法和扫描电镜等方法,研究了一种双子表面活性剂(DBA2-12)对N80钢在盐酸介质中的吸附缓蚀性能。结果表明,DBA2-12对N80钢在1 mol/L的盐酸溶液中具有较好的缓蚀性能。随着缓蚀剂浓度的增加,缓蚀率增大;随着实验温度升高,缓蚀率减小。该缓蚀剂在N80钢表面的吸附遵循Langmuir吸附等温式,是一种混合抑制型缓蚀剂。     

乌洛托品季铵盐缓蚀剂的合成与复配研究

以乌洛托品、溴己烷为主要原料,甲醇为溶剂,合成了一种乌洛托品季铵盐缓蚀剂,采用失重法研究了季铵盐缓蚀剂在15%(质量分数) HCl溶液中的缓蚀性能及复配性能,并采用量子化学计算对缓蚀剂机理进行分析,通过红外光谱、SEM对腐蚀后表面进行分析。结果表明,季铵盐缓蚀剂具有良好的缓蚀性能,在15%HCl、90℃下,加量0.5%(质量分数)时,缓蚀率达98.41%,并且与聚乙二醇、KI、丙炔醇复配后协同增效效果较好;量子化学计算表明该季铵盐缓蚀剂分子活性主要分布在分子环上,与乌洛托品相比具有更小的能隙,在Fe表面也具有更大吸附能,因此乌洛托品季铵盐活性更高。表面分析实验进一步验证了该缓蚀剂分子在QT-800钢片表面形成一层吸附膜。     

一种新型高温酸化缓蚀剂的制备及性能评价

目的改善缓蚀剂在高温酸液中的缓蚀性能,满足油田高温井酸化施工的要求。方法在合成一种新型吡啶季铵盐的基础上,添加炔醇、碘化钾等助剂进行复配,得到一种新型高温酸化缓蚀剂HTCI-1。使用HK-1高温高压动态腐蚀仪对其缓蚀性能进行测试,通过电化学测试、SEM、EDS等实验对其缓蚀机理进行分析。结果该酸化缓蚀剂在160℃、16 MPa、20%HCl或者土酸(12%HCl+3%HF)、质量分数3.0%的条件下,使N80试片的腐蚀速率分别为24.53 g/(m~2·h)和23.72 g/(m~2·h),达到了SY/T 5405—1996中的一级指标。结论在高温酸液中,N80钢片腐蚀速率降低,主要是由于缓蚀剂分子吸附到碳钢表面形成了一层致密的疏水性吸附膜,从而降低了侵蚀性离子与钢铁表面接触的几率,腐蚀电极反应过程受到抑制,达到了高温条件下防护金属的目的。     

丙二胺型双曼尼希碱酸化缓蚀剂的缓蚀性能

将1,2-丙二胺和1,3-丙二胺分别与多聚甲醛和苯乙酮反应,制备出1,2-丙二胺型双曼尼希碱(BTM-2)和1,3-丙二胺型双曼尼希碱(BTM-3)两种缓蚀剂。采用常压静态挂片失重试验和电化学测试,分析了缓蚀剂添加量对15%HCl溶液中N80钢缓蚀效果的影响,并采用量子计算方法,进一步探讨了其缓蚀机理。结果表明：BTM-2和BTM-3均具有明显的缓蚀效果,BTM-2的缓蚀效果优于BTM-3的;BTM-2与BTM-3缓蚀剂分子均在N80钢表面产生了物理吸附和化学吸附的组合吸附作用,形成了一层吸附膜,其吸附作用符合Langmuir吸附等温模型,量子化学计算结果与试验结果一致。     

曼尼希碱缓蚀剂的合成及其缓蚀效果

以甲醛、苄叉丙酮、对甲基苯胺为原料,通过曼尼希反应,制备了一种新型的曼尼希碱缓蚀剂(MHX),并采用正交试验优化了制备条件。采用静态失重法、电化学测试及分子动力学模拟的方法,研究了MHX添加量对N80钢片在HCl溶液中缓蚀效果的影响。结果表明：在90℃、添加1%MHX的20%HCl溶液中,N80钢片的腐蚀速率为2.6 g·m^-2·h^-1,缓蚀率为99.63%;该缓蚀剂是一种以抑制阳极为主的混合型缓蚀剂,可以大幅降低腐蚀电流密度,提高电极阻抗;MHX能够在N80钢表面吸附成膜,降低钢表面Fe的损耗,使其表面粗糙度降至93.81 nm; MHX分子在N80钢表面的吸附能为-7.59 eV,能有效取代H₂O分子吸附在金属表面,从而起到缓蚀作用。     

HJ曼尼希碱缓蚀剂的合成及其性能

采用糠醛、苯乙酮和水合肼合成了HJ曼尼希碱缓蚀剂。通过静态失重法和电化学方法评价了该缓蚀剂对N80钢的缓蚀性能。静态失重法表明,N80钢片在加有1.0%(质量分数)HJ曼尼希碱的15%(体积分数,下同)盐酸溶液中的腐蚀速率为0.623 5g·m~(-2)·h~(-1),远低于SY/T5405-1996标准中的一级标准。电化学测试结果表明,该缓蚀剂是以抑制阳极腐蚀过程为主的混合型缓蚀剂。该缓蚀剂在N80钢表面上的吸附行为服从Langmiur吸附等温式。     

新型希夫碱酸化缓蚀剂在不同温度盐酸介质中对N80钢的缓蚀性能

制备了一种新型希夫碱缓蚀剂1-苯基-3-(1-环己胺)-1-丙烯(PCP),通过失重法、动电位极化扫描、电化学阻抗和扫描电镜等方法,研究了其在不同温度下对油套管钢N80钢的缓蚀性能。结果表明,该酸化缓蚀剂对N80钢在盐酸溶液中具有很好的缓蚀性能,属于混合型缓蚀剂,温度对其缓蚀效率的影响较小。     

双缩乙二胺Schiff碱的合成及其酸化缓蚀性能

以乙二胺和芳香醛为原料合成了乙二胺双缩肉桂醛(NDCE)、乙二胺双缩苯甲醛(NDBE)、乙二胺双缩水杨醛(NDSE)和乙二胺双缩对二甲胺基苯甲醛(NDDE)四种双缩Schiff碱缓蚀剂,用元素分析和红外分析对其结构进行了表征,并采用静态失重法和电化学法研究了90℃时它们在15%(质量分数,下同)HCl中对N80钢的缓蚀性能。结果表明:NDCE的缓蚀效果最好,当NDCE的加量为0.75%时,缓蚀率达到99.17%,且NDCE在N80钢片表面的吸附行为符合Langmuir吸附等温模型;NDCE是一种混合型酸化缓蚀剂,在N80钢表面形成了一层保护膜,有效抑制了酸液对N80钢的腐蚀。     

曼尼希碱缓蚀剂在盐酸中对N80钢缓蚀性能

目的制备一种新型曼尼希碱缓蚀剂并研究其性能。方法利用失重法研究缓蚀剂缓蚀效率与缓蚀剂的质量浓度、盐酸质量分数、腐蚀温度、腐蚀时间的关系,确定缓蚀剂的吸附曲线。通过动电位极化曲线法和交流阻抗法研究缓蚀剂的综合性质。利用扫描电镜观察腐蚀前后N80钢片的表面形态。结果缓蚀剂缓蚀效率随缓蚀剂添加量的增大而增大,随测试温度的升高而下降,随盐酸质量分数的升高先增大后减小,随腐蚀时间的延长先增大后减小。60℃时,在质量分数为15%盐酸中浸入4 h、缓蚀剂添加量在1.0 g/L的条件下,缓蚀剂缓蚀效率为99.18%,腐蚀反应的活化能由56.34 k J/mol提高到了86.54 k J/mol。缓蚀剂在N80钢表面符合Langmiur吸附模型,吸附吉布斯自由能为-29.94 k J/mol。极化实验结果显示该缓蚀剂为以阴极抑制为主的混合型缓蚀剂。阻抗谱图显示添加缓蚀剂后,阻抗明显增大。扫描电镜结果显示缓蚀剂有效抑制了盐酸对N80钢片的腐蚀。结论所制备的缓蚀剂在质量分数为15%的盐酸中对N80钢片有良好的缓蚀效果。     

一种双缩水合肼Schiff碱的合成及其酸化缓蚀性能

以水合肼和肉桂醛为原料合成了一种新型Schiff碱酸化缓蚀剂(DCH),用红外光谱法(FI-RT)、化学元素分析法和核磁共振法对其结构进行表征;通过静态失重法和电化学方法考察了其在15%(质量分数,下同)HCl中对N80钢的缓蚀作用。结果表明:DCH是一种混合型酸化缓蚀剂,可在N80钢表面形成保护膜,有效抑制酸液的腐蚀;当DCH加入量为0.75%时,N80钢的腐蚀速率为2.27g·m~(-2)·h~(-1),缓蚀率高达99.81%;DCH在N80钢表面的吸附规律符合Langmuir吸附模型。     

噻唑衍生物的缓蚀润滑性能及其在N80钢表面的吸附行为

合成了一种新型的噻唑类缓蚀润滑剂ACPP，并用红外光谱对产物进行了表征和分析。采用失重法、电化学方法等研究了ACPP在3%(质量分数)NaCl和15%HCl溶液中对N80钢的缓蚀性能，采用极压润滑仪评价了其在钻井液中的润滑性能和持效性，采用扫描电镜观察了表面形貌，探讨了缓蚀润滑机理。结果表明：在CO₂饱和的3%NaCl溶液中，ACPP能将腐蚀控制在0.076 mm/a以下；在15%HCl溶液中，腐蚀速率能降低至3 g/(m²·h)；其使钻井液的润滑系数降低率达81.64%；研究表明ACPP是阳极型缓蚀剂，在N80钢上的吸附满足Langmuir等温式，缓蚀润滑机理主要表现为其在金属表面覆盖并生成了牢固致密的吸附膜。     

高温高压H2S/CO2环境缓蚀剂分子结构与缓蚀性能关系的研究

用静态和动态腐蚀失重法研究喹啉季铵盐、吡啶季铵盐、曼尼希碱和咪唑啉季铵盐四种不同主体类型缓蚀剂在高温高压H₂S/CO₂环境中N80钢的缓蚀性能,并结合扫描电子显微镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）表面分析技术研究了不同缓蚀剂主体分子结构与缓蚀性能的关系。结果表明,四类缓蚀剂的缓蚀效率的大小顺序是：喹啉季铵盐>吡啶季铵盐>曼尼希碱>咪唑啉季铵盐。喹啉季铵盐与其他三种缓蚀剂主体分子结构相比具有更好的抗硫性能,其对N80钢具有良好的吸附性能,可形成抗腐蚀性介质渗透能力强的致密均匀和稳定不易分解的有机膜。其缓蚀剂用量为0.15%时,缓蚀率可达97%。     

一种苯胺类席夫碱对N80钢在盐酸介质中的缓蚀性能

合成了一种席夫碱:4-氯-N-[(吡啶-4基)-亚甲基]苯胺(CNP),并采用失重法、电化学阻抗谱和动电位极化曲线等,研究了CNP对N80钢在1mol/L HCl溶液中的缓蚀性能。结果表明,在1mol/L HCl溶液中,当缓蚀剂摩尔浓度为1.0mmol/L时,缓蚀率达到86.17%。其在N80钢表面吸附满足Langmuir吸附等温式,是一种混合型缓蚀剂。     

桐油酸咪唑啉季铵盐的缓蚀性能

以桐油为原料合成了桐油酸,使之先后与二乙烯三胺和氯化苄反应,制备了桐油酸咪唑啉苄基氯季铵盐,对其结构进行了红外表征。利用失重法和动电位极化曲线考察了合成的季铵盐在盐酸溶液中对N80钢的缓蚀性能。结果表明,桐油酸咪唑啉季铵盐能有效抑制N80钢在盐酸介质中的腐蚀;随着缓蚀剂浓度的增大,缓蚀效率增加;随着温度升高,腐蚀速率增大,缓蚀效率减小;随着盐酸浓度的增大,N80钢的腐蚀速率增大,缓蚀剂的缓蚀效率变化不明显;该缓蚀剂为阴极抑制为主的混合型缓蚀剂。     

一种油田型缓蚀剂的合成与性能测试

以油酸、二乙烯三胺为原料,二甲苯为携水剂合成烷基咪唑啉类缓蚀剂,并与氯化苄进行季铵化反应.在5%HCl介质中,采用静态失重法及电化学法对所合成的咪唑啉缓蚀剂与有机化合物的协同缓蚀作用及对A3钢在模拟油田回注水中的缓蚀性能进行了研究.结果表明,咪唑啉类缓蚀剂与非离子表面活性剂和肉桂醛有明显的协同作用,其最佳质量复配比为10:1:1,为一种以阳极为主的混合型缓蚀剂,该油田型缓蚀剂在静态条件下对A3钢的缓蚀率可达99.3%.     

Fe3+对双曼尼希碱(DM)缓蚀性能及吸附行为的影响

目的针对曼尼希碱类缓蚀剂使用工况恶劣、影响因素复杂的情况,以单曼尼希碱为中间体,合成双曼尼希碱缓蚀剂(DM)。方法采用失重法、电化学方法研究Fe~(3+)对DM缓蚀性能的影响,计算DM在N80钢片表面的吸附热力学与动力学,并探讨Fe~(3+)对DM吸附行为的影响。结果在60℃、腐蚀介质总体积250 mL、缓蚀剂(DM)质量分数1%、盐酸质量分数20%、浸泡时间4 h的条件下,当Fe~(3+)质量浓度小于900 mg/L时,其腐蚀速率小于4 g/(m~2·h),满足SY/T 5405—1996对盐酸酸化缓蚀剂一级品的评价指标;当Fe~(3+)质量浓度大于900 mg/L时,其腐蚀速率仍然小于5 g/(m~2·h),满足盐酸酸化缓蚀剂二级品的评价指标。在1%DM的缓蚀溶液中,ΔG_(ads)=-44.86 k J/mol,当溶液中存在Fe~(3+)时,ΔG_(ads)=-42.56 k J/mol,与未加Fe~(3+)的相比,ΔG_(ads)更趋向于-40 kJ/mol。N80钢在20%盐酸溶液中的Ea值为7.10 kJ/mol,加入1%DM和1%DM+600 mg/L Fe~(3+)时的Ea值分别为25.45、23.90 kJ/mol。加入1%DM时,ΔE_(corr)=50 mV;加入1%DM+600mg/L Fe~(3+)时,ΔE_(corr)=30 mV。结论 N80钢在60℃、20%HCl条件下,DM缓蚀效率高达99.8%,是一种混合型缓蚀剂。在N80钢表面的吸附为混合型吸附,且吸附过程是一个自发、放热的过程,吸附规律服从Langrauir吸附等温式。加入Fe~(3+)后,对DM缓蚀性能起抑制作用,Fe~(3+)并没有改变DM的缓蚀剂类型,且Fe~(3+)通过破坏DM在N80钢表面的化学吸附来降低其缓蚀效率。     

新型希夫碱酸化缓蚀剂的合成及性能评价

以苯胺和芳香醛为原料,通过Schiff反应合成了一种新型希夫碱酸化缓蚀剂ACR-1。采用静态失重法研究了盐酸浓度、腐蚀温度和缓蚀剂浓度对该缓蚀剂缓蚀效果的影响,并对该缓蚀剂在钢片表面的吸附模型进行了探讨;通过电化学法研究了该缓蚀剂的电化学机理。静态挂片失重法表明,腐蚀温度为90℃,腐蚀时间为4h,在ACR-1浓度为1.0%的15%盐酸溶液中,N80钢片的腐蚀速率为1.6733g.m-2.h-1,完全可以满足石油行业标准SY/T 5405-1996一级缓蚀剂产品的指标(3～4g.m-2.h-1);等温吸附行为研究结果表明,该缓蚀剂分子能自发的吸附在N80钢表面上,其在N80钢表面的吸附符合Langmuir单分子吸附模型;电化学法研究表明,ACR-1是一种以抑制阳极反应过程为主的混合型缓蚀剂,属于"几何覆盖效应"模型,并且可以在N80试片表面形成明显的保护性膜层,有效地抑制了试片在酸液中的腐蚀。