油酸咪唑啉与油酸在饱和CO2盐溶液中的缓蚀协同效应

目的 探究咪唑啉与油酸的协同效应。方法 采用失重法和电化学技术,研究咪唑啉与油酸缓蚀剂对N80钢在饱和CO₂油田地层水中的协同增效缓蚀效果。用SEM技术对腐蚀形貌进行了观察。通过测量金属表面膜的接触角,评价金属表面膜的疏水性能,并建立吸附模型以及拟合吸附曲线,分析了2种缓蚀剂单一作用时和混合后的缓蚀机理。结果 咪唑啉和油酸单独使用时均能够使腐蚀电位正移,添加量为100 mg/L时,缓蚀效率分别为82.89%和78.51%。二者复配后,缓蚀效率有一定提高,在油酸咪唑啉与油酸的复配比为25∶75时,缓蚀效率最大,相较于单独添加相同浓度的油酸咪唑啉,缓蚀效率提高了约15%,达到98.07%。在添加单一缓蚀剂时,金属表面的腐蚀程度随浓度的增加而减轻,在添加复配的缓蚀剂后,对比相同浓度下添加单一缓蚀剂后的腐蚀形貌,点蚀坑数量减少且尺寸减小。两缓蚀剂复配后,金属表面接触角较单独使用时增大,表明其在金属表面形成的缓蚀剂膜的疏水能力较单独使用时强。经计算单独使用油酸咪唑啉和油酸时体系的吉布斯自由能ΔG0分别为-48.578、-48.319kJ/mol。结论 油酸咪唑啉与油酸之间有...     

咪唑啉酰胺在HCl/NH_4Cl-H_2O和H_2S/NH_4HS-H_2O体系中对碳钢的缓蚀性能

采用失重法、电化学测试法,并结合扫描电镜和原子力显微镜观察,研究了在50℃条件下,N-(2-辛基-2咪唑啉)三亚乙基四酰胺(咪唑啉酰胺)分别在HCl/NH_4Cl-H_2O和H2S/NH_4HS-H_2O体系中对碳钢的缓蚀性能。结果表明:N-(2-辛基-2咪唑啉)三亚乙基四酰胺加量为15mg/L时,缓蚀率接近90%,缓蚀效果明显;该缓蚀剂为抑制阳极型缓蚀剂,溶液中加入缓蚀剂后,碳钢试样形成较长的钝化区间,交流阻抗半径大,腐蚀电流明显减小。形貌观察显示N-(2-辛基-2咪唑啉)三亚乙基四酰胺能够在碳钢表面形成致密的保护膜。     

一种新型的咪唑啉类缓蚀剂CPA-1对N80钢在CO2环境下的缓蚀性能评价

目的考察一种新型的咪唑啉类缓蚀剂CPA-1对N80钢在CO_2环境下的缓蚀性能。方法通过失重法、电化学阻抗谱和极化曲线,研究了在不同温度下缓蚀率和缓蚀剂浓度之间的关系,利用扫描电子显微镜和扫描电化学显微镜对表面形貌进行了观察分析,根据等温吸附模型研究了咪唑啉缓蚀剂在N80钢表面的吸附类型。结果失重结果表明,缓蚀剂的缓蚀效率随浓度的增大而升高,当温度为40℃、缓蚀剂质量浓度为250 mg/L时,缓蚀率达到95%;温度升高至80℃时,缓蚀率下降至87%。电化学试验表明,咪唑啉类缓蚀剂对阴极和阳极反应均有抑制作用。表面形貌分析表明,缓蚀剂能有效改善金属表面的腐蚀程度。结论咪唑啉类缓蚀剂CPA-1属于混合型缓蚀剂,对N80钢具有较好的缓蚀性能。缓蚀机理为通过吸附方式在金属表面形成一层吸附膜抑制金属腐蚀,吸附方式遵循Langmuir吸附等温模型,物理吸附和化学吸附均会在金属表面发生。     

丙炔醇改性硫脲基咪唑啉在CO2/H2S共存体系中对X65钢的腐蚀抑制作用

目的 提高硫脲咪唑啉类缓蚀剂在CO2/H2S共存体系中的缓蚀效果,并揭示缓蚀机理.方法 利用丙炔醇对硫脲基咪唑啉(TAI)进行改性得到双炔丙基甲氧基硫脲基咪唑啉(DPFTAI),通过动态失重试验、极化曲线测试、交流阻抗测试分析其腐蚀性能.采用Material Studio 7.0软件模拟计算其分子轨道能量、Fukui指数、表面相互作用力和吸附状态、缓蚀剂分子与侵蚀性离子间的相互作用情况等,验证DPFTAI的缓蚀效果.结果 在不含H2S的条件下,TAI和DPFTAI的缓蚀效率均高于93％,当含有2000 mg/L H2S后,DPFTAI的缓蚀效率仍高达91.96％,且比TAI高出18.22％.模拟计算表明,DPFTAI有3个吸附中心,分别为其咪唑啉环上的2个N原子和DPFTAI分子侧链上的S原子,其与铁表面的相互作用能为29.66 kcal/mol,而TAI只有一个吸附中心,为其分子上的S原子,其与铁表面的相互作用能为22.46 kcal/mol;DPFTAI周围的HS–浓度明显大于TAI周围的HS–浓度.上述结果说明在CO2/H2S腐蚀体系中,DPFTAI在钢材表面的吸附效果明显优于TAI,因此缓蚀效果更好.结论 通过丙炔醇对TAI进行改性后,缓蚀剂DPFTAI抗CO2/H2S的腐蚀性能明显提高.吸附能力的提升是DPFTAI腐蚀抑制性能提高的主要原因.     

不同碳链长度咪唑啉缓蚀剂在CO2驱采油环境中的腐蚀防护作用

目的 合成制备适用于CO2驱油环境中井筒材料的腐蚀防护的咪唑啉缓蚀剂,探究碳链长度对咪唑啉缓蚀剂腐蚀防护性能的影响机制。方法 以辛酸、月桂酸、硬脂酸和二乙烯三胺等为原料,经酰胺化和环化后制备得到3种碳链长度(C7、C11和C17)的咪唑啉缓蚀剂。通过傅里叶变换红外光谱、量子化学计算、失重法、电化学方法以及表面观察技术,对合成缓蚀剂在CO2驱油环境中对井筒材料的腐蚀防护性能进行了评价。结果 红外测试观察到3种链长(C7、C11和C17)的咪唑啉缓蚀剂的特征吸收峰,表明3种链长咪唑啉缓蚀剂成功制备。量子化学计算表明,合成的C17咪唑啉缓蚀剂具有最优的供电子能力和最佳的疏水能力。腐蚀失重和电化学测试结果显示,所合成的3种不同碳链长度的咪唑啉缓蚀剂均对CO2驱腐蚀环境中N80钢具有良好的腐蚀防护作用,随着缓蚀剂浓度的提升,其缓蚀效率逐渐增高。其中含有17个碳链的咪唑啉缓蚀剂(C17)在10 mg/L时缓蚀效率达到了90%以上。拉曼光谱观察到N80钢表面C=N和C—N的吸收峰,表明合成的3种缓蚀剂在N80表面上吸附。SEM结果发现,添加C17咪唑啉的N80表面腐蚀最为轻微,其腐蚀防护效果最优。结论 合成的C17碳链的咪唑啉缓蚀剂具有优异的腐蚀防护效果,随着碳链长度的增加,碳链的推电子能力增强,使得咪唑啉缓蚀剂更容易在N80钢表面吸附,同时长碳链形成的缓蚀剂膜层也具有更好的疏水作用,导致咪唑啉中缓蚀剂越长其缓蚀效果越好。     

油酸基咪唑啉缓蚀剂缓蚀性能和量子化学计算

针对CO2腐蚀特点,以植物油酸A为原料分别与二乙烯三胺、三乙烯四胺及四乙烯五胺反应合成了三种咪唑啉中间体,再利用氯化苄将其季铵化制备了A,B,C3种缓蚀剂.采用失重法、电化学方法及扫描电镜(SEM)评价了3种缓蚀剂在饱和CO2的6％ NaCl水溶液中对N80碳钢的缓蚀性能,并探讨其在N80碳钢表面的吸附行为.结果表明,缓蚀剂C缓蚀效果最优,当其加量为2.0×10-3 mol/L时,缓蚀率达到86.74％.3种缓蚀剂的吸附行为均服从Langmuir吸附等温式,属于以化学吸附为主的混合吸附.同时运用Gaussian 03W程序、密度泛函理论(DFT)的B3LYP/6 31G*方法对3种咪唑啉缓蚀剂进行结构优化,得到它们的稳定构型和量化参数.量子化学计算表明,3种分子都具有较强的反应活性,活性区域集中在咪唑环和亲水支链上,其中分子C的反应活性最强,其次是B和A.理论计算与试验结果相一致.     

咪唑啉类化合物在HCl溶液中对碳钢的缓蚀机理分析

目的 研究咪唑啉（IM）及咪唑啉基脲（IU）在盐酸溶液中对碳钢的缓蚀性能。方法 采用静态失重法、电化学测试技术、表面形貌及官能团分析、热力学等温方程等方法,研究缓蚀剂在不同温度的盐酸溶液中对Q235碳钢的缓蚀性能和吸附规律。结果 在静态失重试验中,室温下,随着IM、IU缓蚀剂的加入,碳钢的腐蚀速率从12.54 mg/(cm2?h)分别降低到5.132、0.145 mg/(cm2?h),IM、IU的缓蚀率分别为59.1%和98.9%。随着温度的升高,缓蚀效率略有下降。极化曲线试验表明,增加两种缓蚀剂的浓度,腐蚀电位负移,阳极电流密度下降明显。交流阻抗的测试显示,随着两种缓蚀剂浓度的增大,拟合参数Rct增大、Cdl减小,证明缓蚀剂在金属表面取代了水,并吸附成膜。研究等温吸附模型发现,两种缓蚀剂分子在碳钢表面的吸附符合Langmuir等温吸附方程,且根据SEM及XPS分析,证明缓蚀剂分子通过N原子与金属形成共价键,在金属表面吸附成膜。结论 咪唑啉和咪唑啉基脲对碳钢均具有缓蚀效果,且咪唑啉基脲的缓蚀效果更优异。两种缓蚀剂均属于混合型缓蚀剂,且以抑制阴极腐蚀反应速率为主。两种咪唑啉化合物在碳钢表面的吸附过程为自发放热过程,其吸附规律遵循Langmuir吸附等温模型,属于单分子层吸附。     

咪唑啉缓蚀剂在CO_2/H_2S共存体系中的构效关系研究

合成了4种具有不同亲水基的油酸基咪唑啉衍生物。使用接触角测试、原子力力曲线、动态失重实验和分子动力学模拟研究了它们在20#碳钢表面的亲水和疏水性以及在CO2/H2S共存环境中不同流速下对20#碳钢的缓蚀行为。结果表明:静态条件下,侧链含有两个胺基乙撑的咪唑啉的缓蚀效果最好,在缓蚀剂浓度为100 mg/L时,缓蚀率达86.8%;流速为5.5 m/s时,侧链含有3个胺基乙撑的咪唑啉的缓蚀效果最好,在缓蚀剂浓度为100 mg/L时,缓蚀率达73.6%;咪唑啉缓蚀剂的疏水性、粘附力和吸附能均随胺基乙撑数的增多而逐渐增强。     

2-甲基咪唑啉及其复配缓蚀剂在高硬度电解质水溶液中的缓蚀性能

为解决碳钢在高硬度电解质水溶液中的垢下腐蚀问题,着重考察了2-甲基咪唑啉缓蚀剂在模拟腐蚀体系中的缓蚀性能及其复配效应。研究结果表明:温度为50℃、浓度为60 mg/L时,2-甲基咪唑啉的缓蚀效果最好;2-甲基咪唑啉与硫脲及碘化钾均有较好的复配效应,且将三者复配时也具有较好的缓蚀效果;2-甲基咪唑啉与硫脲和碘化钾的配比均为1∶1时缓蚀效果最好。     

咪唑啉与硫脲在CO2腐蚀体系中的缓蚀协同作用机理

采用极化曲线和电化学阻抗技术(EIS)研究了油酸基咪唑啉季铵盐(OIMQ)与硫脲(TU)对Q235碳钢在CO2饱和盐水溶液中的缓蚀协同效应。结果表明,TU对碳钢腐蚀的阴极过程和阳极过程都有强烈的抑制作用,而OIMQ是一种以抑制阳极为主的混合型缓蚀剂。二者复配使用,可以有效降低使用浓度,表现出优异的缓蚀协同效应。OIMQ与TU在碳钢表面形成了一层双层结构的缓蚀剂吸附膜,TU可能主要存在于膜的底部,而OIMQ主要存在于膜的顶部,这种结构的缓蚀剂膜一方面阻止了腐蚀性离子的渗透,另一方面也限制了TU分子的脱附。     

哌嗪类曼尼希碱壳聚糖缓蚀剂的制备及缓蚀性能研究

目的 解决海底采油设备酸化腐蚀问题,合成一种绿色的哌嗪类曼尼希碱壳聚糖衍生物缓蚀剂CS-NMB,并研究其在15%（质量分数）盐酸溶液中对N80钢的缓蚀性能,计算研究其在金属表面的作用机理。方法 以曲酸和N–甲基哌嗪为原料,经过曼尼希反应,合成曼尼希碱（MB）,再将该曼尼希碱接枝到壳聚糖分子上。采用红外光谱表征所合成产物,利用电化学法和静态失重法评价CS-N-MB在该强酸环境中对N80钢的缓蚀能力。基于密度泛函理论,研究壳聚糖（CS）和CS-N-MB的反应活性,明确活性位点,并通过分子动力学计算缓蚀剂的吸附能以及体系中水分子的均方位移。结果 在15%盐酸环境中,CS-N-MB对N80钢具有良好的缓蚀作用,且当缓蚀剂添加量小于200mg/L时,随着浓度的增加,N80钢的腐蚀速率逐渐减小。当缓蚀剂添加量大于200 mg/L时,短时间内,随着浓度的增加,N80钢的腐蚀速率又略微增大,而72 h后N80钢的腐蚀速率略微减小并趋于稳定。电化学研究表明,CS-N-MB能够同时抑制腐蚀的阴极反应和阳极反应,是混合型缓蚀剂。分子模拟结果表明,CS-N-MB的主要活性位点集中在N、O以及环状结构处,且加入...     

松香胺类RA缓蚀剂对碳钢在高压CO2体系中缓蚀机理研究

应用电化学阻抗谱及极化测量技术，研究了在高压CO2的1%NaCl溶液中松香胺类缓蚀剂(RA)对N80钢的缓蚀机理，并探讨了它的吸脱附行为.结果表明，RA缓蚀剂对N80钢在高压二氧化碳体系中腐蚀有良好的缓蚀作用，缓蚀效应是负催化效应，在碳钢表面的吸附服从Langmuir吸附等温式.电位正移到脱附电位以上是RA阳极脱附的主要原因，这时它使表面电容Cd显著增加，传递电阻Rt明显减小.     

CO2环境下油酸咪唑啉对X65钢异种金属焊缝电偶腐蚀的抑制作用研究

研究了X65管线钢与316L不锈钢、Inconel 625双金属复合管的异种金属焊缝在CO2环境下的电偶腐蚀行为,以及油酸咪唑啉的缓蚀作用。结果表明,随着电偶电位差的增大,异种金属焊缝的腐蚀速率明显升高,并且都显著高于母材。添加油酸基咪唑啉缓蚀剂能降低异种金属焊缝在CO2环境下的均匀腐蚀速率。但是,当缓蚀剂浓度添加较低时,异种金属焊接试样的碳钢一侧出现了严重的沟槽腐蚀或密集的点蚀坑;进一步增加缓蚀剂浓度才能消除沟槽腐蚀现象。讨论了缓蚀剂对异种金属焊缝电偶腐蚀的抑制机理,该项研究可为异金属焊接接头处的腐蚀防护提供借鉴。     

不同材质油套管钢的CO2腐蚀行为

目的不同管材的CO_2腐蚀行为存在差异,为优选经济型抗CO_2腐蚀材质油套管,探究不同腐蚀条件下常规管材的CO_2腐蚀特征。方法以实际油田的地层水样为腐蚀介质,在高温高压的条件下,对不同材质的油套管进行模拟实验。利用X射线衍射仪(XRD)分析腐蚀试样表面腐蚀产物的形貌特征,研究CO_2分压、温度、测试时间对油套管腐蚀速率的影响规律。结果随着CO_2分压的增加,普通碳钢和低Cr钢的腐蚀速率显著变化,当CO_2分压为0.3 MPa时,普通碳钢腐蚀速率为2.2021 mm/a,而13Cr的腐蚀速率很低,仅为0.1052 mm/a,未表现出明显的规律;腐蚀速率随着温度的升高呈先增加后降低的变化规律,N80,1Cr钢的腐蚀速率远高于13Cr钢;在较短的测试周期内,N80,1Cr,3Cr油套管钢的腐蚀速率略有增加,随着测试周期持续增加,油套管钢的腐蚀速率明显下降;从腐蚀形貌来看,普通碳钢试样的腐蚀程度严重,以均匀腐蚀为主,1Cr,3Cr钢表面存在少量的局部浅斑,以局部腐蚀为主;13Cr材质钢的表面平整,有光泽且无点蚀,腐蚀程度轻微。结论普通碳钢的腐蚀速率对CO_2分压的影响比含Cr合金材质钢更敏感,温度和测试周期均对金属表面的腐蚀产物产生影响,随着温度和测试周期的持续增加,金属表面形成Fe CO3保护膜,含Cr钢表面因铬的富集形成钝化膜,抑制油套管的腐蚀速率,研究成果对CO_2腐蚀环境中的油套管选材具有理论指导意义。     

H2S分压对SM80SS油管钢腐蚀行为的影响

通过模拟某气田CO2/H2S共存腐蚀介质环境,对比研究了SM80SS油管钢在加与未加缓蚀剂时的腐蚀特征.结果表明,在未加自制缓蚀剂TG500的腐蚀溶液中,SM80SS油管钢的腐蚀速率随H2S分压的升高而缓慢增加;当溶液中加入TG500(浓度200 mg/L)后,SM80SS钢的腐蚀速率显著降低、且随着H2S分压的增加明显下降,而缓蚀效率却呈上升趋势,均达90%以上.     

地面集输管道在CO2/H2S/O2体系下的腐蚀行为研究

目的 研究集输管道常用钢材在CO2/H2S/O2体系下的腐蚀行为,为新疆油田集输管道的腐蚀防控提供指导依据.方法 基于新疆油田重油热采现场工况,以L245NS钢为试材,316L钢为对照,采用高温高压釜试验,研究CO2/H2S/O2体系下温度和H2S含量对L245NS钢和316L不锈钢的腐蚀影响规律,并结合SEM/EDS+XPS+3D显微镜等手段对典型工况下的腐蚀产物进行测试分析.结果 在CO2/H2S/O2共存体系中,L245NS钢的腐蚀速率随温度的升高,呈先增大、后减小的趋势;而随H2S含量的升高,呈先减小、后增大的趋势.316L钢的腐蚀速率随温度的升高,呈先增大后减小的趋势;随H2S含量的升高,呈一直增大的趋势.L245NS钢腐蚀产物呈针状、菱状、颗粒状多种形态,而316L钢腐蚀产物较少.在CO2/H2S/O2共存体系中,L245NS钢的腐蚀产物主要包含FeS、FeS2、单质S、FeCO3、Fe(OH)3、FeOOH、Fe3O4、Fe2O3、Na2SO4等物质.结论 L245NS钢在CO2/H2S/O2体系(22PCO H S/P<200)下的腐蚀行为主要由H2S主导,生成的FeS分布在产物底层.O2具有促进腐蚀进程的三方面作用:与H2S发生交互作用生成了单质S;作为去极化剂参与阴极反应;作为强氧化剂氧化FeS、FeCO3,反应生成单质S、FeS2、Fe2O3、Fe3O4、FeO(OH)等物质.     

醇醚基双咪唑啉缓蚀剂的性能及机理研究

目的模拟CO_2强采工艺,研究醇醚基双咪唑啉缓蚀剂DIM-OE的缓蚀性能及机理,解决CO_2对整个注采及地面集输系统的低碳钢设备的腐蚀问题。方法采用傅里叶红外光谱仪对醇醚基双咪唑啉进行了分子结构表征,采用动态挂片法评价了DIM-OE在不同CO_2分压、不同温度、不同质量浓度下对N80的缓蚀性能,采用动电位极化曲线研究了DIM-OE的电化学机理,采用扫描电镜和EDS分析了N80腐蚀后的表面形貌和元素含量。结果随CO_2分压的增加,N80的腐蚀速率显著增大。N80的腐蚀速率随腐蚀介质温度的升高先是增大,后又明显下降。随着DIM-OE质量浓度的增加,腐蚀速率逐渐减小,缓蚀率逐渐增大,最终均趋于稳定,腐蚀速率最小为0.063 mm/a,缓蚀率均达到90%以上。DIM-OE为抑制阳极为主的混合型缓蚀剂,其分子在N80表面的吸附为单分子层吸附,是物理吸附和化学吸附的共同作用。未加DIM-OE的N80表面腐蚀产物中的C、O元素质量分数较高,Fe元素的质量分数较低,腐蚀严重;加有200mg/LDIM-OE的N80表面腐蚀产物中的C、O元素质量分数较低,Fe元素的质量分数较高,腐蚀较轻。结论在CO_2强采工艺条件下,DIM-OE缓蚀剂分子在N80表面可形成稳定的吸附层,有效地抑制CO_2对N80钢片的腐蚀,具有较好的缓蚀作用。     

苯并三唑对碳钢/铜合金电偶腐蚀行为的影响

目的 研究NaCl溶液中苯并三唑(BTA)对碳钢/铜合金电偶腐蚀行为的影响.方法 使用丝束电极(WBE)技术和电化学阻抗谱(EIS)技术研究在未添加和添加BTA的NaCl溶液中,丝束电极表面的电位分布、电流密度分布和电化学阻抗谱演化,同时对比分析碳钢区域与铜合金区域的阻抗谱特征.结果 在未添加BTA的条件下浸泡72 h...     

胡萝卜茎叶提取物对碳钢在0.5 mol/L H2SO4溶液中的缓蚀作用

目的研究胡萝卜茎叶提取物(DCSLE)在硫酸介质中对碳钢的腐蚀抑制作用及机理。方法通过超声辅助的手段,用水浸提获得DCSLE,利用红外光谱(FTIR)对其含有的主要官能团进行表征。在25~40℃下,采用失重法、电化学极化和阻抗法(EIS)评价DCSLE在0.5 mol/L H2SO4溶液中对碳钢的缓蚀性能,并讨论了其缓蚀机理。结果DCSLE对碳钢在0.5mol/LH2SO4溶液中的腐蚀具有良好的抑制效果,其缓蚀效率随浓度的增加而增加,随温度的增加而先增加后降低(40℃<25℃<30℃<35℃),35℃下,质量浓度为0.6g/L时,缓蚀效率为92.85%。电化学测试表明,DCSLE是混合型缓蚀剂,但主要是抑制阴极的反应。其缓蚀机理是:DCSLE以物理和化学混合吸附的方式吸附在碳钢表面,形成一层保护膜,从而阻止酸溶液的侵蚀,且吸附遵循Langmuir吸附等温模型。扫描电镜(SEM)观察到加入DCSLE后,碳钢的腐蚀得到了明显控制。结论DCSLE可以有效抑制碳钢在0.5mol/LH2SO4溶液介质中的腐蚀,是一种具有广泛应用前景的天然绿色缓蚀剂。     

碳钢在CO2-H2S体系中的腐蚀规律研究

采用氢扩散法，交流阻抗法和电子针分析研究碳钢在弱酸条件下的ａＣｌ溶液中通入ＣＯ２，以及加入微量Ｈ２Ｓ的腐蚀过程和渗氢量之间的关系，Ｃ烃及Ｈ２Ｓ的浓度在不同ＰＨ值对这个过程的影响，研究其腐蚀机理。实验表明，ＰＨ值在４～６．５之间的，ＣＯ２以及Ｈ２Ｓ对腐蚀过程和渗氢过程有着明显的加速作用，并且，随着ＰＨ值的降低，Ｃ烽Ｈ２Ｓ对渗氢量的增加有明显的促进作用。