摘要
随着油气田开发步入中后期阶段，面临的酸化腐蚀问题越来越严重复杂，虽然目前市场上酸化缓蚀剂种类繁多，但仍缺乏工艺简单、耐高温且缓蚀性能优异的酸化缓蚀剂。本文合成了两种双曼尼希碱SM-1和SJ-1，通过复配研制出以SM-1为主剂的耐温90℃酸化缓蚀剂SMNX-1和以SJ-1为主剂的耐温160℃酸化缓蚀剂SJNX-1，并通过电化学、表面分析及吸附动、热力学分析等方法探究主剂与增效剂之间的缓蚀协同机理，具有一定的理论意义和较强的实用价值。具体研究内容如下: (1)以乙二胺、苯乙酮、甲醛为原料合成双曼尼希碱化合物，并通过单因素实验和正交实验得到SM-1的最佳合成工艺:反应物配比n(乙二胺)∶n(苯乙酮)∶n(甲醛)为1∶2∶4，反应温度90℃，反应时间6h，反应pH值2。以SM-1作为复配缓蚀剂主剂，考察其与分散剂TX-10、增效剂丙炔醇之间的缓蚀协同作用，得到一种耐温90℃酸化缓蚀剂SMNX-1。依据行业标准对缓蚀剂SMNX-1进行缓蚀性能的评价，结果显示:90℃下当缓蚀剂SMNX-1质量浓度为1％时，N80钢片在20％盐酸和土酸中的腐蚀速率分别为1.23g/(m2·h)和1.05g/(m2·h)，远低于行业一级标准。 (2)以SM-1为中间体，与氯甲基萘进行反应生成SJ-1，通过单因素筛选实验和正交实验得到SJ-1的最佳合成工艺:反应物配比n(SM-1)∶n(氯甲基萘)为1∶2，反应温度120℃，反应时间5h。以SJ-1作为复配缓蚀剂主剂，考察其与分散剂平平加、增效剂1，1，3-三苯基-2-丙炔醇(ZX-3)和氧化锑的缓蚀协同作用，得到一种耐温160℃酸化缓蚀剂SJNX-1。依据行业标准对缓蚀剂SJNX-1进行缓蚀性能的评价，结果显示:160℃下当缓蚀剂SJNX-1质量浓度为4％时，N80钢片在20％盐酸和土酸中的腐蚀速率分别为41.03g/(m2·h)和37.26g/(m2·h)，低于行业一级标准。 (3)通过电化学研究、表面分析及吸附动、热力学分析，对复配缓蚀剂的协同作用机理进行深入探讨。结果显示:SMNX-1是以抑制阳极为主的混合型缓蚀剂，SJNX-1是对阴极和阳极都有控制的混合型缓蚀剂，两者的作用机理主要为“几何吸附效应”。缓蚀剂SMNX-1和缓蚀剂SJNX-1的吸附均是吸热、自发进行的，满足Langmuir吸附等温式，且随着缓蚀剂的添加熵变ΔS逐渐减小。通过量子化学分析得到了双曼尼希碱类化合物的EHOMO、ELUMO、能隙ΔE、电子转移数目ΔN等分子轨道参数，总结了分子结构与缓蚀作用之间的关系。通过分子动力学模拟发现各缓蚀剂分子均倾向于平行吸附，添加增效剂能够增加主剂分子在钢片表面的吸附能，且主剂分子能够和增效剂分子在钢片表面形成两种分子的共吸附结构。高温条件下SJ-1缓蚀剂缓蚀性能更为优异，SJ-1分子能够与锑离子生成络合物，沉积在SJ-1分子与ZX-3分子构造的共吸附膜上，最终三者协同作用形成牢固致密的吸附膜，使得复配缓蚀剂SJNX-1在160℃下仍具有优异的缓蚀性能。
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