新疆油田高盐含氧体系缓蚀剂的性能研究

摘要/Abstract

摘要：

为解决油田氧腐蚀问题，以反式对甲氧基肉桂醛、3-氨基苯甲酸为主要原料合成了具有多个吸附位点的席夫碱缓蚀剂TMCAM。首先，通过动态失重法评价了不同浓度的席夫碱缓蚀剂TMCAM在60 ℃含氧油田模拟配水中对Q235钢的缓蚀性能。结果表明，在TMCAM质量浓度为60 mg/L时，Q235钢的腐蚀速率为0.062 4 mm/a，满足现场要求；TMCAM投加质量浓度为100 mg/L时，Q235钢腐蚀速率仅为0.036 8 mm/a，缓蚀率可达到90%。其次，采用扫描电镜、电化学法、接触角测试等表征技术评价了TMCAM的缓蚀性能并分析其缓蚀机理。结果表明，TMCAM是一种偏阴极的混合型缓蚀剂，TMCAM分子与Fe之间的吸附能力强，且TMCAM可在钢表面形成疏水膜，减少了含氧污水与管道的接触时间，减缓了腐蚀，进而保护了管道。最后，通过分子模拟技术从理论角度分析了缓蚀剂的缓蚀性能与缓蚀剂分子构型之间的关系，结果显示TMCAM分子结构具有较强的吸附能力，高于文献报道的其他席夫碱缓蚀剂。

关键词: 席夫碱缓蚀剂, 电化学, 化学计算

Abstract:

In order to solve the problem of oxygen corrosion in oilfields，a Schiff base corrosion inhibitor TMCAM with multiple adsorption sites was synthesized using trans-p-methoxycinnamaldehyde and 3-aminobenzoic acid as the main raw materials. Firstly，the corrosion inhibition performance of different concentrations of Schiff base corrosion inhibitor TMCAM on Q235 steel in 60 ℃ oxygen-containing oilfield simulated water was evaluated by the dynamic weight loss method. The results showed that when the concentration of TMCAM was 60 mg/L，the corrosion rate of Q235 steel was 0.062 4 mm/a，meeting the site requirements. When TMCAM concentration was 100 mg/L，the corrosion rate of Q235 steel was only 0.036 8 mm/a，and the corrosion inhibition rate could reach 90%. Secondly，the characterization techniques such as scanning electron microscopy，electrochemical method，and contact angle test were used to evaluate the corrosion inhibition performance and analyze its corrosion inhibition mechanism. The results showed that TMCAM was a mixed type corrosion inhibitor with a bias cathode，and the adsorption ability between TMCAM molecules and Fe was strong. Moreover，TMCAM could form a hydrophobic film on the steel surface，reducing the contact time between oxygen-containing wastewater and pipelines，slowing down corrosion and protecting pipelines. Finally，molecular simulation technology was used to analyze the relationship between the corrosion inhibitor’s corrosion inhibition performance and the molecular configuration of the corrosion inhibitor from a theoretical perspective. The results showed that the molecular structure of TMCAM had a strong adsorption capacity，which was higher than that of Schiff base corrosion inhibitors reported in the literature.

Key words: Schiff base corrosion inhibitor, electrochemistry, computational chemistry

中图分类号:

X703

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链接本文: https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I6/143

图/表 10

图1 席夫碱TMCAM合成反应

Fig. 1 Synthesis of Schiff base TMCAM

表1 不同浓度缓蚀剂TMCAM对Q235钢片的动态缓蚀率

Table 1 Dynamic corrosion inhibition rate of Q235 steel sheet of TMCAM with different concentrations

缓蚀剂	药剂投加质量浓度/（mg·L^-1）	腐蚀速率/（mm·a^-1）	缓蚀率/%
空白	0	0.361 4	0
TMCAM	20	0.173 1	52
	40	0.103 5	71
	60	0.062 4	82
	80	0.041 7	88
	100	0.036 8	90

图2 动态腐蚀后Q235钢片形貌

Fig. 2 Morphology of Q235 steel sheet after dynamic corrosion

图3 动态腐蚀后Q235钢片微观形貌

Fig. 3 Micromorphology of Q235 steel sheet after dynamic corrosion

图4 不同浓度缓蚀剂的极化曲线

Fig. 4 Polarization curves of corrosion inhibitors with different concentrations

表2 不同浓度缓蚀剂的极化曲线参数

Table 2 Polarization curve parameters of corrosion inhibitors with different concentrations

TMCAM质量浓度/（mg·L^-1）	腐蚀电流密度/（μA·cm^-2）	阴极斜率	阳极斜率	腐蚀电位/V	缓蚀率/%
0	32.01	-171.9	351.7	-0.755	0
20	15.41	-148.0	316.4	-0.718	51.86
40	8.66	-151.9	316.2	-0.702	72.94
60	5.37	-133.4	294.3	-0.693	83.22
80	3.02	-118.1	279.6	-0.685	90.56
100	2.77	-120.3	300.1	-0.678	91.35

图5 不同浓度缓蚀剂的阻抗谱

Fig. 5 Impedance spectra of corrosion inhibitors with different concentrations

表3 缓蚀剂膜的水接触角

Table 3 Water contact angle of corrosion inhibitor film

介质	左接触角/（°）	右接触角/（°）	接触角/（°）
Q235钢片	23.6	23.8	23.7
缓蚀剂浸泡后的Q235钢片	88.2	88.8	88.5

图6 化学计算的缓蚀剂TMCAM分子几何优化结构及前线轨道

Fig. 6 Chemically calculated molecular geometry optimization structure and frontier orbit of corrosion inhibitor TMCAM

表4 缓蚀剂TMCAM分子结构单元的计算结果

Table 4 Calculation results of corrosion inhibitor TMCAM molecular structure unit

E _HOMO/eV	E _LUMO/eV	χ/eV	ζ/eV	ω	ε	ΔN
-4.67	-2.37	3.52	1.15	2.69	0.37	1.51

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