化工进展 ›› 2024, Vol. 43 ›› Issue (10): 5712-5722.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1615
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收稿日期:
2023-09-12
修回日期:
2023-10-24
出版日期:
2024-10-15
发布日期:
2024-10-29
通讯作者:
王业飞
作者简介:
王业飞(1968—),教授,博士生导师,研究方向为精细油田化学品、调剖堵水、酸化缓蚀剂及化学法提高采收率等。E-mail:wangyf@upc.edu.cn。
基金资助:
WANG Yefei1(), WANG Jing1, YANG Zhen1, YANG Jiang2, GUO Lei3
Received:
2023-09-12
Revised:
2023-10-24
Online:
2024-10-15
Published:
2024-10-29
Contact:
WANG Yefei
摘要:
为了更好地减缓油气田高温酸化下金属的腐蚀,研究出一种耐高温且配方简单的复合酸化缓蚀剂。以喹啉和氯化苄为原料,采用“一锅法”制备得到了一种新型稠杂环季铵盐(BQD)缓蚀主剂。通过添加甲酸、乌洛托品等复配剂,经过单因素失重法优选,得到一种配方简单的新型高温酸化缓蚀剂GS-1,通过电化学测试、表面形貌分析研究其缓蚀性能,采用分子模拟的方法研究BQD的缓蚀机理。结果表明,GS-1缓蚀剂在添加量为3%时,在160℃下盐酸与土酸的酸化环境中,N80钢片的腐蚀速率分别降低至41.63g/(m2·h)、31.94g/(m2·h),均可达行业标准要求;GS-1缓蚀剂可在N80钢片表面形成一层吸附保护层,属于兼具抑制阳极和阴极反应的混合型缓蚀剂;量子化学计算及分子动力学模拟表明,BQD的缓蚀活性优于常见的苄基喹啉季铵盐缓蚀剂(BQC),同时BQD分子是以共轭平面为基准,与金属基底平行的角度被吸附于界面上,具有更加高效的缓蚀性能。
中图分类号:
王业飞, 王婧, 杨震, 杨江, 郭雷. 新型高温酸化缓蚀剂的制备及性能评价[J]. 化工进展, 2024, 43(10): 5712-5722.
WANG Yefei, WANG Jing, YANG Zhen, YANG Jiang, GUO Lei. Synthesis and performance of a novel acidizing corrosion inhibitor for high temperature reservoirs[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2024, 43(10): 5712-5722.
元素 | 理论值 | 实测值 |
---|---|---|
C | 81.62% | 80.99% |
H | 4.89% | 4.71% |
N | 5.95% | 5.89% |
表1 BQD的元素分析
元素 | 理论值 | 实测值 |
---|---|---|
C | 81.62% | 80.99% |
H | 4.89% | 4.71% |
N | 5.95% | 5.89% |
溶剂 | BQD溶解度/g | 溶解性 |
---|---|---|
水 | <0.01 | 难溶 |
乙腈 | 6.13 | 可溶 |
甲酸 | 25.46 | 易溶 |
乙醇 | 4.18 | 可溶 |
DMF | 18.51 | 易溶 |
DMSO | 13.85 | 易溶 |
异丙醇 | 5.27 | 可溶 |
表2 BQD在不同溶剂中的溶解性
溶剂 | BQD溶解度/g | 溶解性 |
---|---|---|
水 | <0.01 | 难溶 |
乙腈 | 6.13 | 可溶 |
甲酸 | 25.46 | 易溶 |
乙醇 | 4.18 | 可溶 |
DMF | 18.51 | 易溶 |
DMSO | 13.85 | 易溶 |
异丙醇 | 5.27 | 可溶 |
缓蚀剂 | 添加量 /% | ba/mV·dec-1 | -bc/mV·dec-1 | icorr/μA·cm-2 | –Ecorr/mV | ΔEcorr/mV | IE /% |
---|---|---|---|---|---|---|---|
空白 | 0 | 120.96 | 133.00 | 2271.10 | 428.23 | — | — |
GS-1 | 0.5 | 151.14 | 220.21 | 123.87 | 416.78 | 11.45 | 94.55 |
1.0 | 136.99 | 298.02 | 93.36 | 410.57 | 17.66 | 95.89 | |
1.5 | 132.86 | 227.90 | 89.61 | 416.68 | 11.55 | 96.05 | |
2.0 | 128.31 | 203.69 | 58.56 | 406.55 | 21.68 | 97.42 |
表3 极化曲线的拟合参数
缓蚀剂 | 添加量 /% | ba/mV·dec-1 | -bc/mV·dec-1 | icorr/μA·cm-2 | –Ecorr/mV | ΔEcorr/mV | IE /% |
---|---|---|---|---|---|---|---|
空白 | 0 | 120.96 | 133.00 | 2271.10 | 428.23 | — | — |
GS-1 | 0.5 | 151.14 | 220.21 | 123.87 | 416.78 | 11.45 | 94.55 |
1.0 | 136.99 | 298.02 | 93.36 | 410.57 | 17.66 | 95.89 | |
1.5 | 132.86 | 227.90 | 89.61 | 416.68 | 11.55 | 96.05 | |
2.0 | 128.31 | 203.69 | 58.56 | 406.55 | 21.68 | 97.42 |
缓蚀剂 | 添加量/% | Rs/Ω·cm2 | Rp/Ω·cm2 | CPE-T/F·cm2 | CPE-P |
---|---|---|---|---|---|
空白 | 0 | 0.548 | 12.61 | 2.891×10-4 | 0.85 |
GS-1 | 0.5 | 0.510 | 1428.42 | 1.015×10-4 | 0.81 |
1.0 | 0.466 | 1797.85 | 1.255×10-4 | 0.79 | |
1.5 | 0.853 | 2497.95 | 1.101×10-4 | 0.80 | |
2.0 | 0.555 | 3130.08 | 1.120×10-4 | 0.80 |
表4 电化学阻抗谱的拟合参数
缓蚀剂 | 添加量/% | Rs/Ω·cm2 | Rp/Ω·cm2 | CPE-T/F·cm2 | CPE-P |
---|---|---|---|---|---|
空白 | 0 | 0.548 | 12.61 | 2.891×10-4 | 0.85 |
GS-1 | 0.5 | 0.510 | 1428.42 | 1.015×10-4 | 0.81 |
1.0 | 0.466 | 1797.85 | 1.255×10-4 | 0.79 | |
1.5 | 0.853 | 2497.95 | 1.101×10-4 | 0.80 | |
2.0 | 0.555 | 3130.08 | 1.120×10-4 | 0.80 |
缓蚀剂 | EHOMO/eV | ELUMO/eV | ΔE/eV | μ/D | Ebinding/kJ·mol-1 |
---|---|---|---|---|---|
BQC | -2.455 | -1.232 | 1.223 | 3.639 | 323.50 |
BQD | -4.542 | -2.450 | 2.092 | 4.419 | 749.90 |
表5 BQC和BQD分子的相关模拟数据
缓蚀剂 | EHOMO/eV | ELUMO/eV | ΔE/eV | μ/D | Ebinding/kJ·mol-1 |
---|---|---|---|---|---|
BQC | -2.455 | -1.232 | 1.223 | 3.639 | 323.50 |
BQD | -4.542 | -2.450 | 2.092 | 4.419 | 749.90 |
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