高温CO_2缓蚀剂的合成及其缓蚀性能的研究

【摘要】：随着油气田开采深度的增加和稠油热采工艺的广泛推广,油气井下的温度有着逐渐上升的趋势。因此开展高温CO2介质中缓蚀剂的研究既是油气开采行业发展的迫切需求,也是学术研究的领域前沿。基于多组分有机串联反应设计并成功的合成了一种具有杂环和长链烷基一体的高度不对称结构的咪唑啉衍生物缓蚀剂分子。在80℃-120℃1MPaCO_23%NaCl介质中研究了缓蚀剂的缓腐性能,添加100ppm后缓蚀率可达到90%以上,在80℃-120℃高温1MpaCO_2条件下进行电化学极化、阻抗测试,测量结果表明该缓蚀剂具有很好的缓蚀性能,添加缓蚀剂后电荷转移电阻显著增加,腐蚀电流密度有降低趋势,是一种阳极型缓蚀剂。量子化学计算了该缓蚀剂分子的一系列理论参数,其中偶极矩0.59debye,但是目前偶极矩与缓蚀剂分子缓蚀性能之间的关系尚不明确,电负性2.92 eV,电子转移数△N高达1.23,分子能隙△E为2.46 eV,计算参数的结果表明该缓蚀剂分子的性能远优于油酸咪唑啉。利用分子动力学模拟研究CO_2 3%NaCl介质中缓蚀剂吸附膜和主要腐蚀粒子之间的微观作用,通过建立三层模型,第一层为Fe(001)面,第二次为包含100个缓蚀剂分子和1个腐蚀介质粒子的无定型结构,第三层为真空层,然后进行动力学拟合,计算出腐蚀粒子穿过缓蚀剂吸附膜的均方根位移曲线,对均方根曲线进行微分处理求出腐蚀介质粒子扩散系数,计算证实了缓蚀剂分子吸附膜可以阻碍腐蚀介质粒子向金属表面进行扩散,形成了吸附膜后。体系中的腐蚀介质粒子H_3O~+,HCO_3~-,Cl~-穿过缓蚀剂膜扩散到金属表面的扩散系数从5.68×10~(-10)m~2/s、2.38×10~(-10)m~2/s、4.02×10~(-10)m~2/s下降到0.57×10~(-10)m~2/s、0.12×10~(-10)m~2/s、0.19×10~(-10)m~2/s,扩散系数的大幅度下降证实了缓蚀剂吸附膜的确可以阻碍腐蚀介质粒子向金属表面的扩散。