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喹啉类酸化缓蚀剂的合成及其在HCl介质中对J55钢的缓蚀性能研究

董三宝 李金华 付玥颖 张晔 高飞 费中明 韩薇薇

董三宝,李金华,付玥颖,等. 喹啉类酸化缓蚀剂的合成及其在HCl介质中对J55钢的缓蚀性能研究[J]. 钻井液与完井液,2026,43(3):418-426 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.03.016
引用本文: 董三宝,李金华,付玥颖,等. 喹啉类酸化缓蚀剂的合成及其在HCl介质中对J55钢的缓蚀性能研究[J]. 钻井液与完井液,2026,43(3):418-426 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.03.016
DONG Sanbao, LI Jinhua, FU Yueying, et al.Synthesis of quinoline-based acidizing corrosion inhibitor and its corrosion inhibition performance for J55 steel in HCl medium[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(3):418-426 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.03.016
Citation: DONG Sanbao, LI Jinhua, FU Yueying, et al.Synthesis of quinoline-based acidizing corrosion inhibitor and its corrosion inhibition performance for J55 steel in HCl medium[J]. Drilling Fluid & Completion Fluid,2026, 43(3):418-426 doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.03.016

喹啉类酸化缓蚀剂的合成及其在HCl介质中对J55钢的缓蚀性能研究

doi: 10.12358/j.issn.1001-5620.2026.03.016
基金项目: 国家自然科学基金青年项目“输气管线中天然气水合物壁面沉积层失稳脱落机制研究”(52204046);陕西省教育厅科学研究计划服务地方专项—产业化培育项目“陕北致密油藏CO2响应清洁压裂液体系构筑及应用基础研究”(24JC076);陕西省2025年自然科学基础研究计划项目“基于羟基叔胺/多元芳香羧酸超分子作用的高性能泡排体系构建及泡沫性能研究”(2025JC-YBMS-607)。
详细信息
    作者简介:

    董三宝,副教授,博士,1988年生,毕业于中国石油大学(华东)油气田开发工程专业,现在从事井筒工作液研究工作。电话 13061399218;E-mail:dongsanbao@xsyu.edu.cn

  • 中图分类号: TE357

Synthesis of Quinoline-based Acidizing Corrosion Inhibitor and its Corrosion Inhibition Performance for J55 Steel in HCl Medium

  • 摘要: 缓蚀剂是酸化工作液的重要组成部分,研发新型高效缓蚀剂一直是酸化作业研究人员的目标之一。采用季铵化反应合成了炔基喹啉季铵盐缓蚀剂(QAS),通过失重法,确定了QAS与3-苯基-2-丙炔-1-醇(PPA)的最佳复配比例;随后,通过电化学测试、扫描电镜测试、吸附热力学分析以及分子动力模拟,研究了QAS-PPA对J55钢的缓蚀性能与缓蚀机理。结果表明:二元复合缓蚀剂QAS-PPA的最佳质量浓度为0.5%,最佳配比为m(QAS)∶m(PPA)=1∶1,在20%HCl环境中,当QAS-PPA总浓度为0.5%时,90 ℃下4 h内,J55钢片的缓蚀率为99.71%;电化学测试与扫描电镜检测结果表明:QAS-PPA是一种抑制阳极为主的混合型缓蚀剂,并且随着缓蚀剂浓度的增加,J55钢表面所形成的保护层越致密,缓蚀性能越好;吸附行为研究结果表明了QAS在J55钢表面的吸附均遵循Langmuir吸附等温线,同时也是自发进行的,属于混合型缓蚀剂;分子动力学模拟结果显示,QAS-PPA在Fe基底表面存在协同吸附作用,能显著增强混合体系与基底的相互作用能及表面聚集密度。

     

  • 图  1  QAS的合成路线

    图  2  不同缓蚀剂组分浓度对J55钢的缓蚀性能

    图  3  J55钢片在不同缓蚀剂溶液中的极化曲线

    图  4  J55钢片在不同缓蚀剂溶液中的阻抗谱

    图  5  添加不同浓度缓蚀剂的20 %HCl溶液中腐蚀4 h后试样的SEM/EDS图

    图  6  QAS在J55钢表面的等温吸附线

    图  7  各体系分子间相互作用能的波动情况

    注:(a)为QAS、PPA以及QAS-PPA混合分子整体与Fe基底之间的分子间相互作用,(b)为QAS、PPA以及QAS-PPA混合分子体系中水分子与Fe基底之间的分子间相互作用

    图  8  分子吸附模型

    图  9  QAS、PPA以及QAS-PPA混合分子整体的轴向数密度分布

    表  1  60 ℃条件下极化曲线拟合数据

    QAS-PPA
    加量/%
    Ecorr/
    mV
    i/
    μA·cm−2
    βc/
    V·dec−1
    βa/
    V·dec−1
    ηT/
    %
    0.0 −175 61.25 0.155 0.103 /
    0.1 −158 33.88 0.134 0.084 44.68
    0.2 −142 29.51 0.149 0.095 51.82
    0.3 −136 20.04 0.145 0.114 67.28
    0.4 −136 18.41 0.148 0.126 69.94
    0.5 −134 7.079 0.153 0.127 88.44
    下载: 导出CSV

    表  2  60 ℃电化学阻抗谱拟合数据

    QAS-PPA/
    %
    Rs/
    Ω·cm2
    Rp/
    Ω·cm2
    CPE Cdl/
    mF·cm−2
    ηE/
    %
    Q/
    −1·cm−2·sn
    ×10−3
    n
    0.0 2.468 3.250 0.001700 0.97 0.00153027 /
    0.1 0.110 46.35 0.000420 0.81 0.00020640 92.99
    0.2 0.103 58.79 0.000345 0.78 0.00012621 94.47
    0.3 0.102 62.94 0.000294 0.72 0.00007279 94.84
    0.4 0.117 90.78 0.000263 0.74 0.00006711 96.42
    0.5 0.102 110.5 0.000124 0.69 0.00002420 97.06
    下载: 导出CSV

    表  3  J55钢试样表面EDS谱图的元素成分

    介质 元素含量/%
    C N O Fe
    25 ℃预处理后 2.57 0.01 0.35 97.07
    60 ℃未加缓蚀剂 24.35 6.02 6.41 63.22
    90 ℃、0.5% QAS-PPA 8.11 0.07 0.72 91.10
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-03-15
  • 修回日期:  2026-04-17
  • 网络出版日期:  2026-06-12
  • 刊出日期:  2026-06-12

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