阅读说明：本技术 一种基于苯并咪唑衍生物的缓蚀剂及其制备方法和应用 (Corrosion inhibitor based on benzimidazole derivative and preparation method and application thereof ) 是由 辛格 于 2019-10-30 设计创作，主要内容包括：本发明属于油井酸化模拟技术领域,公开了一种基于苯并咪唑衍生物的缓蚀剂及其制备方法和应用,按照摩尔比2-(4-甲氧基苯基)-1H苯并咪唑：2-苯基-1H-苯并咪唑＝1:1。在圆底烧瓶中按照2-(4-甲氧基苯基)-1H苯并咪唑:和2-苯基-1H-苯并咪唑以1:1的摩尔比合成苯并咪唑衍生物；室温刺激芳香醛2mol、邻苯二胺2mol、硼酸0.1g和水1ml,15-30min；反应结束后加入水5ml,再搅拌10min,得到沉淀物；从乙醇中过滤和再结晶E。本发明不破坏人体,符合绿色化学的价值观；效率高、缓蚀效果好、使用浓度低的；缓蚀效果达95％以上；原料价廉易得,成本低廉。缓蚀剂具有生物和药物活性。(The invention belongs to the technical field of oil well acidification simulation, and discloses a benzimidazole derivative-based corrosion inhibitor, and a preparation method and application thereof, wherein the benzimidazole derivative-based corrosion inhibitor is prepared from 2- (4-methoxyphenyl) -1H benzimidazole in a molar ratio: 2-phenyl-1H-benzimidazole ═ 1: 1. Synthesizing a benzimidazole derivative in a round bottom flask according to 2- (4-methoxyphenyl) -1H-benzimidazole and 2-phenyl-1H-benzimidazole in a molar ratio of 1: 1; stimulating 2mol of aromatic aldehyde, 2mol of o-phenylenediamine, 0.1g of boric acid and 1ml of water at room temperature for 15-30 min; after the reaction is finished, adding 5ml of water, and stirring for 10min to obtain a precipitate; e was filtered and recrystallized from ethanol. The invention does not damage human body and accords with the value view of green chemistry; the efficiency is high, the corrosion inhibition effect is good, and the use concentration is low; the corrosion inhibition effect reaches more than 95 percent; the raw materials are cheap and easily available, and the cost is low. The corrosion inhibitor has biological and pharmaceutical activity.)

一种基于苯并咪唑衍生物的缓蚀剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于油井酸化模拟技术领域，尤其涉及一种基于苯并咪唑衍生物的缓蚀剂及其制备方法和应用。

背景技术

目前，最接近的现有技术：现有技术主要是采用氨化与乳液聚合法，该方法的缺陷主要是体系中的乳化剂不易去除，缺陷原因是因为在乳液聚合过程中需要使用氧化性较低的氧化剂做引发剂。在石油生产技术中，油井模拟或酸化通常是在高压下将酸性溶液引入油井中。随着井深的增加，热分解导致缓蚀剂性能下降。为了收集温度升高对N80钢在15％HCl中在30、50、70和90℃条件下的腐蚀速率的影响，研究了温度升高对N80钢在无BZs和最佳BZs浓度条件下的腐蚀速率的影响。应用阿伦尼乌斯方程了解了腐蚀速率与温度的关系，并用腐蚀速率与1/t的对数表示，文献表明，在酸化过程中用作有效缓蚀剂的有机化合物主要是乙酰醇。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术采用氨化与乳液聚合方法存在中间步骤多，产生的污染物多，添加剂不易去除。

解决上述技术问题的难度：直接基于咪唑衍生物合成缓蚀剂。

解决上述技术问题的意义：为了解决油田污水引起的设备管道严重腐蚀问题，在油田污水处理过程中提供了一种经济实用的合成缓蚀剂的方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于苯并咪唑衍生物的缓蚀剂及其制备方法和应用。

本发明是这样实现的，一种基于苯并咪唑衍生物的缓蚀剂，(本质：缓蚀剂是“一种以适当的浓度和形式存在于环境(介质)中时，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或几种化学物质的混合物”。特征：加入微量或少量这类化学物质可使金属材料在该介质中的腐蚀速度明显降低直至为零，同时还能保持金属材料原来的物理力学性能不变。用途：用于防止金属及其合金在环境中发生腐蚀，尤其在石油产品的生产加工、化学清洗、大气环境、工业用水、机器、仪表制造及石油化工生产过程中。)所述基于苯并咪唑衍生物的缓蚀剂按照摩尔比由2-(4-甲氧基苯基)-1H苯并咪唑和2-苯基-1H-苯并咪唑组成；2-(4-甲氧基苯基)-1H苯并咪唑：2-苯基-1H-苯并咪唑＝1:1。

本发明的另一目的在于提供一种所述基于苯并咪唑衍生物的缓蚀剂的制备方法，所述基于苯并咪唑衍生物的缓蚀剂的制备方法包括以下步骤：

第一步，在圆底烧瓶中按照2-(4-甲氧基苯基)-1H苯并咪唑:和2-苯基-1H-苯并咪唑以1:1的摩尔比合成苯并咪唑衍生物；

第二步，室温刺激芳香醛2mol、邻苯二胺2mol、硼酸0.1g和水1ml，15-30min；

第三步，反应结束后加入水5ml，再搅拌10min，得到沉淀物；从乙醇中过滤和再结晶E。

进一步，所述基于苯并咪唑衍生物的缓蚀剂的制备方法将合成的抑制剂2-(4-甲氧基苯基)-1H苯并咪唑和2-苯基-1H-苯并咪唑在N80钢上作为缓蚀剂的两个苯并咪唑衍生物与哌啶反应，形成分子式的结构公式：

本发明的另一目的在于提供一种所述基于苯并咪唑衍生物的缓蚀剂在油井模拟中的应用。

本发明的另一目的在于提供一种所述基于苯并咪唑衍生物的缓蚀剂在油井酸化中的应用。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明采用两种合成的苯并咪唑衍生物(BZS)在15％HCl腐蚀环境中，在30～90℃温度范围内，在静态条件下作为N80钢缓蚀剂，通过电化学、重量分析和表面筛选等方法研究了其缓蚀电位。BZS在30℃下为良好缓蚀剂，但在高温下缓蚀效果较弱。吉布斯自由能和吸附焓值表明BZS主要通过物理作用吸附在金属表面。用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)证实了BZS在N80钢表面的吸附。

本发明以BZS为基础成分，添加碘化钾、SDS、N乙酰半胱氨酸等添加剂，研制出四种不同的BZS配方。在不同的实验温度下考察了四种配方的缓蚀性能，并与市售缓蚀剂进行了比较。结果表明，即使在高温下，BZS基配方(F4BZ-1和F4BZ-2)也能与市售缓蚀剂竞争；商用缓蚀剂在90℃下的缓蚀效率为95.46％，而F4BZ-1和F4BZ-2的缓蚀效率分别为92.94％和90.61％。

本发明利用Material Studio软件对本发明提供的缓蚀剂进行了模拟，结果表明，这些有机缓蚀剂可以通过不同的取代基吸附在金属表面上，且对铁表面的吸附能力较高，达到了缓蚀的目的，提高了缓蚀效果，效率。盐酸溶液在钢表面带有过量的正电荷。因此，水化氯离子在带正电金属表面的吸附在溶液侧产生过量的负电荷，有利于缓蚀剂分子在铁表面的吸附。此外，BZ-1分子中的p电子与铁原子空位d之间的相互作用也可以吸附在铁表面，从而抑制腐蚀的发生。另外，由于存在给电子基团(-OCH3)，P电子的离域性增强，BZ-1的吸附能力提高。

本发明不仅考虑到了井筒温度场的变化，还考虑到了酸液的滤失、反应活化能变化等因素。涉及的技术问题更多，技术方案考虑得更为周到，取得的技术效果更好。与现有技术相比，本发明不破坏人体，符合绿色化学的价值观。缓蚀剂具有效率高、缓蚀效果好、使用浓度低的优点，缓蚀效果达95％以上。该缓蚀剂原料价廉易得，成本低廉。缓蚀剂具有广泛的生物和药物活性。该缓蚀剂所含有的一些有机物质成分是由具有缓蚀作用的极性基团和其它非极性基团组成的，其中极性基团大多含有O、N、S等带有孤对电子的杂原子。所以说他具有生物和药物活性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于苯并咪唑衍生物的缓蚀剂的制备方法流程图。

图2是本发明实施例提供的腐蚀速率和抑制速率随浓度和温度变化示意图；

图中：(a)腐蚀速率随浓度的变化；(b)抑制效率随浓度的变化；(c)抑制效率随温度的变化。

图3是本发明实施例提供的N80钢在15％HCl中的腐蚀速率(CR)的阿累尼乌斯曲线(无BZs和存在BZs的最佳浓度)示意图。

图4是本发明实施例提供的吸附抑制剂的朗缪尔热曲线与N80钢上BZs吸附的ln-Kads与T关系示意图；

图中：(a)吸附抑制剂的朗缪尔热曲线；(b)N80钢上BZs吸附的ln-Kads与T关系。

图5是本发明实施例提供的不存在和存在不同浓度BZs的奈奎斯特图和使用的等效电路示意图；

图中；(a)不存在不同浓度BZs的奈奎斯特图；(b)存在不同浓度BZs的奈奎斯特图；(c)使用的等效电路。

图6是本发明实施例提供的缺乏和存在不同浓度BZs的BODE图与不存在和存在不同浓度BZs时的相角图；

图中：(a)缺乏不同浓度BZs的BODE图；(b)存在不同浓度BZs的BODE图；(c)不存在不同浓度BZs时的相角图；(d)存在不同浓度BZs时的相角图。

图7是本发明实施例提供的不存在和存在不同浓度BZs时的电位动态极化曲线示意图。

图8是本发明实施例提供的N80钢的电化学调频图；

图中：(a)空白；(b)BZ-1中N80钢的电化学调频图；(c)BZ-2中N80钢的电化学调频图。

图9是本发明实施例提供的N80钢的互调谱示意图；

图中：(a)坯料；(b)BZ-1中N80钢的互调谱；(c)BZ-2中N80钢的互调谱。

图10是本发明实施例提供的N80钢的扫描电镜图像示意图；

图中：(a)坯料；(b)BZ-2中N80钢的扫描电镜图像；(c)BZ-1中N80钢的扫描电镜图像。

图11是本发明实施例提供的N80钢的AFM图像示意图；

图中：(a)空白；(b)BZ-2中N80钢的AFM图像；(c)BZ-1中N80钢的AFM图像。

图12是本发明实施例提供的粗糙度峰值示意图；

图中：(a)空白；(b)BZ-2获得的粗糙度峰值；(c)BZ-1获得的粗糙度峰值。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于苯并咪唑衍生物的缓蚀剂及其制备方法和应用，本发明以苯并咪唑(BZS)衍生物作为油田钢N80级缓蚀剂的作用。为了模拟油田在实验室中的腐蚀情况，酸化过程中通常采用15％的盐酸浓度；利用BZS作为碱/活性缓蚀剂，并开发出有效的缓蚀剂配方，引入一些已知的添加剂。最后，将所研制的缓蚀剂配方与工业缓蚀剂进行了比较。下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明实施例提供的基于苯并咪唑衍生物的缓蚀剂按照摩尔比2-(4-甲氧基苯基)-1H苯并咪唑(BZ-1)：2-苯基-1H-苯并咪唑(BZ-2)＝1:1。

如图1所示，本发明实施例提供的基于苯并咪唑衍生物的缓蚀剂的制备方法包括以下步骤：

S101：在圆底烧瓶中按照2-(4-甲氧基苯基)-1H苯并咪唑:和2-苯基-1H-苯并咪唑以1:1的摩尔比合成苯并咪唑衍生物；

S102：室温刺激芳香醛2mol、邻苯二胺2mol、硼酸0.1g和水1ml，15-30min；

S103：反应结束后加入水5ml，再搅拌10min，得到沉淀物；从乙醇中过滤和再结晶E。

本发明实施例提供的基于苯并咪唑衍生物的缓蚀剂将合成的抑制剂2-(4-甲氧基苯基)-1H苯并咪唑(BZ-1)和2-苯基-1H-苯并咪唑(BZ-2)在N80钢上作为缓蚀剂的两个苯并咪唑衍生物与少量哌啶反应，形成分子式的结构公式：

表1含BZs和不含BZs的15％HCl中N80钢缓蚀剂吸附的热力学参数

表2 N80钢在15％HCl中308K时不同浓度BZs存在时的电化学阻抗参数

表3 N80钢在15％M HCl中308K时不同浓度Bzs存在下的电化学极化参数

表4 N80钢在15％M HCl中BZS最佳浓度下的电化学调频参数

表5 N80钢在15％HCl中的腐蚀速率和缓蚀效率，不加和不加BZS的最佳浓度(300mg/L)，且在不同温度下与不同配方配合使用

表6

不同BZS基缓蚀剂配方的组成

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。