CN117448821B - 一种基于吲哚嗪衍生物的复合酸化缓蚀剂复合物及其制备方法 - Google Patents
一种基于吲哚嗪衍生物的复合酸化缓蚀剂复合物及其制备方法 Download PDFInfo
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- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
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Abstract
本发明公开了一种基于吲哚嗪衍生物的复合酸化缓蚀剂复合物及其制备方法；所述复合酸化缓蚀剂复合物包括以下质量份数的组分：吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液25％‑35％，复合增效助剂30％‑40％，表面活性剂8％‑12％，助溶剂20％‑25％，其余为水。本发明在发现了吲哚嗪衍生物与多聚甲醛之间存在特有协同增效作用的基础上，将吲哚嗪衍生物作为主剂与多聚甲醛复配，并且采用了保留部分主剂合成溶剂的策略，使用吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液增强了溶解分散性，最终得到的复合酸化缓蚀剂复合物添加量低于行业标准要求，且所表现出的缓释性能优于相应评价温度、介质下行业标准对腐蚀速率的要求。
Description
技术领域
本发明涉及缓蚀剂技术领域，具体涉及一种基于吲哚嗪衍生物的复合酸化缓蚀剂复合物及其制备方法。
背景技术
金属的腐蚀无处不在，尤其是在广泛使用金属器材、管件等的石油石化工业领域中，防范金属腐蚀的发生显得尤其必要。酸化施工是指将大量高浓度酸液注入地层，以恢复或增加地层渗透率，实现油气井增产、水井增注的一种技术。在酸化施工中，特别是在高温深井中进行浓盐酸或大量土酸(盐酸与氢氟酸按一定比例配制的混合物)酸化时，首要的任务是要解决酸化液对油井套管设备的腐蚀问题。此外，金属和酸反应后产生的氢气会对金属设备造成氢脆腐蚀，并且还会带出大量的酸性气体形成酸雾，因此必须对酸化过程中金属的腐蚀采取针对性的缓蚀措施。酸化缓蚀剂主要用于油井酸化施工时防止盐酸或土酸溶液对金属设备或井下管柱的腐蚀，以保证油井酸化压裂工艺的实施和增产、稳产技术措施的实现。
油气酸化施工中最经济、便利的途径是向酸化工作液中添加缓蚀剂。已有的实践表明，喹啉、吡啶等含氮芳杂环与卤代物形成的季铵盐是较有效的酸化用缓蚀剂。但随着本领域技术发展，原有类型的缓蚀剂性能不再适应新的如高温、环境友好等应用条件要求。专利CN107502333A及专利CN107418549A等介绍了基于喹啉季铵盐的复合酸化缓蚀剂，虽然最高可以用于160℃的酸化条件，但其中必须添加丙炔醇等高度化合物作为复配剂。专利CN103554027A所述及的缓蚀剂制备工艺复杂，且合成过程所需的温度高达200℃；专利CN1042333310A提供的基于某季铵盐类化合物的缓蚀剂体系需要加入表面活性剂、助溶剂、有机膦酸盐、分散剂等，配方复杂成本高；专利CN110105288A所报道的缓蚀剂制备过程则需要使用价格较高的InCl3及NbCl5等贵金属催化剂，生产条件较为苛刻。
因此研究和开发用于90℃以上、低伤害、耐高温的酸化缓蚀剂显得越来越重要。根据现场使用情况，目前国内常用的中高温酸化缓蚀剂在高温下存在易结焦、分层、溶解性分散性不够稳定等缺点。因此研究性能稳定的中高温酸化缓蚀剂显得异常重要。研制价格低廉、耐高温、效果良好的油井酸化缓蚀剂是我国油气田酸化增产措施的急需，对于提高酸化效果、减轻设备和管线的腐蚀、增加综合经济效益具有重要意义。
现有技术所常用的缓蚀剂(如基于季铵盐类缓蚀主剂)由于主剂缓蚀效率较低，故所需的最终缓蚀剂成品添加量相对较高，例如，在120℃、20％酸中所需的质量分数常在3-4％左右，且在其配方中需复配高毒、价格较高的缓蚀增效剂。已有酸化缓蚀主剂品类的局限也使其常受到经济成本、环保要求的影响，使其应用范围逐步受到限制。若能采用缓蚀性能更加高效、结构更新颖的缓蚀主剂，可在更低的添加量下表现出更好的缓蚀性能，且无需高毒性复配剂的使用，有利于进一步降低酸化缓蚀剂的加量，控制其应用成本。
研究表明传统喹啉季铵盐型酸化缓蚀主剂(如氯化苄基喹啉季铵盐)的分子间二聚物，却能够在酸化条件下表现出远优于这些季铵盐的高效缓蚀性能。这种高效缓蚀性的季铵盐二聚物因其分子中含有“吲哚嗪”基本单元，而被归类为吲哚嗪的衍生物。
本发明的发明人在先申请的专利CN202111470832.6涉及利用与传统季铵盐类缓蚀剂制备过程相同的底物喹啉、卤代物，辅以廉价的氧化剂亚硝酸钠，便可以较低成本、较高产率的得到具有更加高效酸化缓蚀作用的吲哚嗪衍生物。但相关报道中并未涉及以其为缓蚀主剂的复配性能考察以及复合缓蚀剂配方开发。因此，基于新型吲哚嗪衍生物类主剂，经复配配方的遴选，优化发明了一种性能突出的高效酸化用缓蚀剂，具有较强的创新性与应用潜力，工业前景广阔。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于吲哚嗪衍生物的复合酸化缓蚀剂复合物及其制备方法，该复合酸化缓蚀剂复合物在酸液中具有较好的配伍性，溶解分散性，并且缓蚀剂的用量更低，缓蚀性能更优。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供了一种基于吲哚嗪衍生物的复合酸化缓蚀剂复合物，所述复合酸化缓蚀剂复合物包括以下质量份数的组分：
吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液25％-35％
复合增效助剂30％-40％
表面活性剂8％-12％
助溶剂20％-25％
其余为水；
所述吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液为合成通式Ⅵ或Ⅶ所示的吲哚嗪衍生物后蒸除部分溶剂得到的浓缩母液；
其中R1、R3选自氢原子、碳原子个数在C1-C20以内的饱和链状烷基、碳原子个数在C1-C20以内的不饱和链状烷基、碳原子个数在C1-C20以内的饱和环状烷基、碳原子个数在C1-C20以内的不饱和环状烷基、醛基、卤素、硝基、氰基、羟基、甲氧基或4-N,N-二甲氨基，R1与R3相同或不同；R2选自C1-C20以内的饱和链状烷基、苯基、苯甲酰基、萘基、卤代苯基、甲酸甲酯基、甲酸乙酯基、甲氧基苯基、硝基苯基、甲基苯基；X选自卤素；
所述复合增效助剂包括有机增效剂和无机增效剂，有机增效剂为多聚甲醛，无机增效剂为碘化钾、碘化亚铜和三氧化二锑中的一种或多种。
作为优选的技术方案，所述吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液的具体制备步骤如下：
(1)将通式Ⅰ所示吡啶衍生物或通式Ⅱ所示喹啉衍生物与通式Ⅲ所示含α-甲基的卤代化合物在溶剂中加热反应，生成通式Ⅳ或Ⅴ所示的季铵盐中间体；
(2)往步骤(1)反应所得的中间体混合物中加入亚硝酸盐为氧化剂，加热反应，得到通式Ⅵ或Ⅶ所示的吲哚嗪衍生物；
(3)将步骤(2)反应所得的混合物过滤，然后蒸馏除去滤液总质量40％-60％的溶剂，得到吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液；
作为优选的技术方案，所述步骤(1)中，通式Ⅰ所示吡啶衍生物或通式Ⅱ所示喹啉衍生物、通式Ⅲ所示含α-甲基的卤代化合物、溶剂的质量比为0.9-1.0:1.1-1.2:2.5-3.0。
作为优选的技术方案，所述吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液的制备过程中的溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、乙腈、1,2-二氯乙烷、乙醇、正丁醇、2-丁醇、甲醇、正丙醇或异丙醇。
作为优选的技术方案，所述吲哚嗪衍生物的结构式为：
作为优选的技术方案，所述复合增效助剂中有机增效剂与无机增效剂的质量比为1.9-2.2:0.8-1.1。
作为优选的技术方案，所述表面活性剂为曲拉通X-100、平平加O-10、司盘60、吐温60 和木质素磺酸盐中的一种或多种。
作为优选的技术方案，所述助溶剂包括有机酸和脂肪醇。
作为优选的技术方案，所述有机酸为甲酸、乙酸和乙二酸中的一种或多种，所述脂肪醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和乙二醇中的一种或多种。
本发明还提供了一种基于吲哚嗪衍生物的复合酸化缓蚀剂复合物的制备方法：合成通式Ⅵ或Ⅶ所示的吲哚嗪衍生物，然后蒸除部分溶剂，得到吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液；将有机增效剂和无机增效剂在水中混合均匀，得到复合增效助剂；将有机酸和脂肪醇混合均匀，得到助溶剂；将吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液、复合增效助剂、表面活性剂、助溶剂和水在容器中混合均匀，控制水浴加热温度在50-60℃，给予超声震荡后搅拌至充分溶解，即为所述复合酸化缓蚀剂复合物。
本发明的有益效果在于：
本发明在发现了吲哚嗪衍生物与多聚甲醛之间存在特有协同增效作用的基础上，将吲哚嗪衍生物作为主剂与多聚甲醛复配，并且采用了保留部分主剂合成溶剂的策略，使用吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液增强了溶解分散性，最终得到的复合酸化缓蚀剂复合物添加量低于行业标准要求，且所表现出的缓释性能优于相应评价温度、介质下行业标准对腐蚀速率的要求。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为吲哚嗪衍生物与硫脲的协同参数规律；
图2为吲哚嗪衍生物与肉桂醛的协同参数规律；
图3为吲哚嗪衍生物与丁炔二醇的协同参数规律；
图4为吲哚嗪衍生物与多聚甲醛的协同参数规律；
图5为吲哚嗪衍生物在金属界面上的缓蚀吸附作用方式示意图；
图6为吲哚嗪衍生物缓蚀吸附过程平衡态的分子动力学模拟结果；
图7为将各实施例进行腐蚀评价试验结束后的试片外观与接触角测试结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件依据说明书进行。所有试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市场购买获得的常规产品。
一、吲哚嗪衍生物与多聚甲醛之间存在的协同增效作用
在复配增效作用的研究中，一般通过对比主剂与复配剂之间的协同参数S值判断两者间相互作用情况，以此确认主剂与每种复配剂间是否存在缓蚀协同作用。协同参数S的数值可以通过式1-1进行计算。
式中——单独使用主剂A时的缓蚀率；
ηB—单独使用复配剂B时的缓蚀率；
ηAB—复合使用A+B时的缓蚀率。
缓蚀率＝(未添加缓蚀剂时的腐蚀速率－添加缓蚀剂时的腐蚀速率)/未添加缓蚀剂时的腐蚀速率。
一般认为，若S＝1表明主剂A和复配剂B之间无明显协同作用；当S＞1时，认为A与B间存在正向的协同作用，两者以一定比例合用能提升主剂的效果；而当S＜1时，则表示两种物质之间不存在协同效应，亦即拮抗效应。
本发明首次发现并证实了吲哚嗪衍生物与多聚甲醛之间存在特有的协同增效作用。酸化缓蚀剂类产品常采用的复配剂主要包括硫脲、肉桂醛及炔醇类等。以下列结构式的吲哚嗪衍生物为例，将吲哚嗪衍生物分别与硫脲、肉桂醛、丁炔二醇、多聚甲醛复配(吲哚嗪衍生物的用量设为固定值，改变复配剂的用量)，计算每种配比下的缓蚀率及协同参数。
吲哚嗪衍生物
聚合链节数n＝约10-100。
相关的协同参数计算值如图1-图4所示，从图中可以看到：当硫脲、肉桂醛、丁炔二醇这三种常规复配剂与吲哚嗪衍生物主剂合用时，协同参数S值普遍在1以下，表明他们与主剂吲哚嗪衍生物之间无明显协同效果。而图4中的数据则表明多聚甲醛能够与吲哚嗪衍生物缓蚀主剂具有正向协同效果，在较宽的加量区间范围内，协同参数S的值均＞1，两者间增效作用明显，表现出了多聚甲醛的特有优势。
分析可知，由于吲哚嗪衍生物的化学结构特殊，其分子中含有由21个呈sp2杂化刚性的C原子、N原子所共同组成的共轭平面。
因此结合吲哚嗪衍生物分子的结构特点，其在金属表面起到缓蚀作用过程中的化学吸附阶段，大量存在的平面共轭电子使得整个主剂分子更倾向以平面贴合的方式与金属表面形成配位键，进而发挥特有高效缓蚀作用(如图5所示)。经分子动力学模拟实验证实，吲哚嗪衍生物于金属界面上达到吸附平衡态后，分子中的共轭平面整体与金属界面近乎平行(如图6所示)。由于吲哚嗪衍生物分子(C32H23N2Cl)本身具有较大的平面结构，被吸附的主剂分子彼此间排列会更为紧凑、间隙尺度相对更小。因此，分子体量相对更小的增效剂分子更易嵌合于所吸附的吲哚嗪衍生物分子之间，进一步起到填充间隙，提升缓蚀主剂分子覆盖金属表面的整体有效性。
而已有报道中的缓蚀主剂分子一般均无突出的分子内大共轭平面结构特点(表1)。故而，尽管硫脲、肉桂醛、丁炔二醇等具有适当分子尺寸的常规复配剂可以与表1所列的缓蚀剂间表现出较好协同复配作用，这些通常所用到的复配剂却无法与本发明中的新型吲哚嗪衍生物主剂产生明显增效作用。
表1部分既有文献报道的代表性酸化用缓蚀主剂分子结构
本发明中所采用的多聚甲醛为若干甲醛分子之间低度聚合而形成的线性片段，在常温下为稳定固体，且每个分子链节上均含具有缓蚀吸附作用的羰基官能团，可以更有效的与金属表面发生吸附配位作用。而在溶解于酸性水溶液后，低聚甲醛则会部分转化为小分子甲醛，亦能自由的以游离态来对未被缓蚀主剂吸附覆盖的金属界面加以保护，阻隔酸液的直接接触。这可能是吲哚嗪衍生物与多聚甲醛之间存在特有的协同增效作用的原因。
二、吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液
在以往研究及报道中，缓蚀主剂的制备过程均会采用减压蒸馏等手段将溶剂尽可能脱除，之后继续加入其它的优选增效剂、助溶剂等才能得到最终的缓蚀剂产品。
而针对本发明所涉及的吲哚嗪衍生物，发明人发现在脱除溶剂操作中，过长时间的加热蒸发容易造成吲哚嗪衍生物的氧化变质、或过度缩合等问题，会使粗产品母液混合物中吲哚嗪衍生物的有效含量降低(见表2)，并可能对最终复合缓蚀剂产品的性能造成不利影响。
表2 85-90℃下蒸发吲哚嗪衍生物粗产品滤液的时间对其有效含量的影响
备注：蒸发部分母液后，吲哚嗪衍生物主剂有效含量的测定方法为：补足溶剂量至蒸发前的体积，并采用专利CN202211470666.4中所述的核磁共振内标法测定此时混合物中吲哚嗪衍生物的有效含量。
因此，本发明采用了保留部分主剂合成溶剂的策略，合成通式Ⅵ或Ⅶ所示的吲哚嗪衍生物后，只蒸除部分溶剂(除去总质量40％-60％的溶剂较为合适)，得到吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液，然后直接使用吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液与其他组分复配，减少了吲哚嗪衍生物因为蒸发溶剂导致的氧化变质、或过度缩合等问题，同时吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液中保留的溶剂还增强了溶解分散性。
所述吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液的具体制备步骤如下：
(1)将通式Ⅰ所示吡啶衍生物或通式Ⅱ所示喹啉衍生物与通式Ⅲ所示含α-甲基的卤代化合物在溶剂中加热反应，生成通式Ⅳ或Ⅴ所示的季铵盐中间体；
(2)往步骤(1)反应所得的中间体混合物中加入亚硝酸盐为氧化剂，加热反应，得到通式Ⅵ或Ⅶ所示的吲哚嗪衍生物；
(3)将步骤(2)反应所得的混合物过滤，然后蒸馏除去滤液总质量40％-60％的溶剂，得到吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液；
三、具体实施例
实施例1
(1)吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液的制备(质量百分比，下同)：
工业喹啉：20％
工业氯化苄：25％
乙醇：55％
依次投入工业喹啉、溶剂乙醇与工业氯化苄进行反应，在110℃下恒温搅拌反应6h后反应结束得到季铵盐中间体。冷却后向所得中间体混合物中加入与原料喹啉等质量的亚硝酸钠固体，继续在同一反应器内升温至140℃并搅拌反应3h，反应结束。待上述反应混合物稍冷却后，用100-200目滤布过滤出固体不溶物并将滤液收集，加热浓缩蒸除滤液总质量50％的溶剂，可得到吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液。
(2)复合增效助剂的制备：
有机增效剂：多聚甲醛60％
无机增效剂：碘化钾30％
其余为水。
将上述有机增效剂与无机增效剂按照所述比例混合搅拌均匀，即可得到复合增效助剂。
(3)助溶剂的制备：
甲酸：50％
异丙醇：50％
将所述有机酸与醇溶剂均匀混合后，即得到助溶剂。
(4)复合酸化缓蚀剂复合物配方的调配：
按质量百分比，复合酸化缓蚀剂复合物包括以下组分：
吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液：25％
复合增效助剂：35％
表面活性剂曲拉通X-100：10％
助溶剂：25％
其余为水。
将上述组分在容器中混合均匀，控制水浴加热温度在50-60℃，给予超声震荡后搅拌0.5h至充分溶解，即为复合酸化缓蚀剂复合物。
实施例2
(1)吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液的制备(质量百分比，下同)：
工业喹啉：20％
工业氯化苄：25％
乙醇：55％
依次投入工业喹啉、溶剂乙醇与工业氯化苄进行反应，在110℃下恒温搅拌反应6h后反应结束得到季铵盐中间体。冷却后向所得中间体混合物中加入与原料喹啉等质量的亚硝酸钠固体，继续在同一反应器内升温至140℃并搅拌反应3h，反应结束。待上述反应混合物稍冷却后，用100-200目滤布过滤出固体不溶物并将滤液收集，加热浓缩蒸除滤液总质量50％的溶剂，可得到吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液。
(2)复合增效助剂的制备：
有机增效剂：多聚甲醛48％
无机增效剂：碘化亚铜25％
其余为水。
将上述有机增效剂与无机增效剂按照所述比例混合搅拌均匀，即可得到复合增效助剂。
(3)助溶剂的制备：
乙酸：50％
异丙醇：50％
将所述有机酸与醇溶剂均匀混合后，即得到助溶剂。
(4)复合酸化缓蚀剂复合物配方的调配：
按质量百分比，复合酸化缓蚀剂复合物包括以下组分：
吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液：30％
复合增效助剂：30％
表面活性剂平平加O-10：10％
助溶剂：25％
其余为水。
将上述组分在容器中混合均匀，控制水浴加热温度在50-60℃，给予超声震荡后搅拌0.5h至充分溶解，即为复合酸化缓蚀剂复合物。
实施例3
(1)吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液的制备(质量百分比，下同)：
工业喹啉：20％
工业氯化苄：25％
乙醇：55％
依次投入工业喹啉、溶剂乙醇与工业氯化苄进行反应，在110℃下恒温搅拌反应6h后反应结束得到季铵盐中间体。冷却后向所得中间体混合物中加入与原料喹啉等质量的亚硝酸钠固体，继续在同一反应器内升温至140℃并搅拌反应3h，反应结束。待上述反应混合物稍冷却后，用100-200目滤布过滤出固体不溶物并将滤液收集，加热浓缩蒸除滤液总质量50％的溶剂，可得到吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液。
(2)复合增效助剂的制备：
有机增效剂：多聚甲醛65％
无机增效剂：碘化钾26％
其余为水。
将上述有机增效剂与无机增效剂按照所述比例混合搅拌均匀，即可得到复合增效助剂。
(3)助溶剂的制备：
甲酸：50％
乙醇：50％
将所述有机酸与醇溶剂均匀混合后，即得到助溶剂。
(4)复合酸化缓蚀剂复合物配方的调配：
按质量百分比，复合酸化缓蚀剂复合物包括以下组分：
吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液：35％
复合增效助剂：33％
表面活性剂曲拉通X-100：8％
助溶剂：22％
其余为水。
将上述组分在容器中混合均匀，控制水浴加热温度在50-60℃，给予超声震荡后搅拌0.5h至充分溶解，即为复合酸化缓蚀剂复合物。
实施例4
(1)吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液的制备(质量百分比，下同)：
工业喹啉：20％
工业氯化苄：25％
乙醇：55％
依次投入工业喹啉、溶剂乙醇与工业氯化苄进行反应，在110℃下恒温搅拌反应6h后反应结束得到季铵盐中间体。冷却后向所得中间体混合物中加入与原料喹啉等质量的亚硝酸钠固体，继续在同一反应器内升温至140℃并搅拌反应3h，反应结束。待上述反应混合物稍冷却后，用100-200目滤布过滤出固体不溶物并将滤液收集，加热浓缩蒸除滤液总质量50％的溶剂，可得到吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液。
(2)复合增效助剂的制备：
有机增效剂：多聚甲醛55％
无机增效剂：三氧化二锑28％
其余为水。
将上述有机增效剂与无机增效剂按照所述比例混合搅拌均匀，即可得到复合增效助剂。
(3)助溶剂的制备：
乙二酸：50％
乙二醇：50％
将所述有机酸与醇溶剂均匀混合后，即得到助溶剂。
(4)复合酸化缓蚀剂复合物配方的调配：
按质量百分比，复合酸化缓蚀剂复合物包括以下组分：
吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液：32％
复合增效助剂：35％
表面活性剂司盘60：9％
助溶剂：20％
其余为水。
将上述组分在容器中混合均匀，控制水浴加热温度在50-60℃，给予超声震荡后搅拌0.5h至充分溶解，即为复合酸化缓蚀剂复合物。
实施例5
(1)吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液的制备(质量百分比，下同)：
工业喹啉：20％
工业氯化苄：25％
乙醇：55％
依次投入工业喹啉、溶剂乙醇与工业氯化苄进行反应，在110℃下恒温搅拌反应6h后反应结束得到季铵盐中间体。冷却后向所得中间体混合物中加入与原料喹啉等质量的亚硝酸钠固体，继续在同一反应器内升温至140℃并搅拌反应3h，反应结束。待上述反应混合物稍冷却后，用100-200目滤布过滤出固体不溶物并将滤液收集，加热浓缩蒸除滤液总质量50％的溶剂，可得到吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液。
(2)复合增效助剂的制备：
有机增效剂：多聚甲醛45％
无机增效剂：碘化亚铜20％
其余为水。
将上述有机增效剂与无机增效剂按照所述比例混合搅拌均匀，即可得到复合增效助剂。
(3)助溶剂的制备：
乙酸：50％
乙醇：50％
将所述有机酸与醇溶剂均匀混合后，即得到助溶剂。
(4)复合酸化缓蚀剂复合物配方的调配：
按质量百分比，复合酸化缓蚀剂复合物包括以下组分：
吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液：25％
复合增效助剂：38％
表面活性剂木质素磺酸盐：12％
助溶剂：23％
其余为水。
将上述组分在容器中混合均匀，控制水浴加热温度在50-60℃，给予超声震荡后搅拌0.5h至充分溶解，即为复合酸化缓蚀剂复合物。
将实施例1-5所制得的复合酸化缓蚀剂复合物按照中华人民共和国石油天然气行业标准《SY/T5405-2019》酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标中的失重法测算腐蚀速率。具体实验步骤如下：(1)将腐蚀试验所要求的N80钢片用乙醇、水、丙酮洗净，风干，编号称重；(2)在多个标准反应瓶中加入分别加入20wt％的盐酸、土酸(12wt％盐酸+3wt％氢氟酸)以及评价标准规定加量内的酸化缓蚀剂，放入编号的钢片，在恒温容器设定好温度，进行评价反应4小时；(3)反应完毕后，依次用水、乙醇、丙酮洗净，风干后再次称重；(4)根据反应前后的钢片质量变化计算出腐蚀速率。
酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标《SY/T5405-2019》中不同酸液体系、不同评价温度下的缓蚀剂失重法评价性能要求如表3所示。
表3酸化缓蚀剂评价行业标准
实施例1-5所制得的复合酸化缓蚀剂复合物在120℃条件下的失重缓蚀性能测试结果如表4所示。
表4 120℃实验条件下的腐蚀评价结果
实施例1-5所制得的复合酸化缓蚀剂复合物在140℃条件下的失重缓蚀性能测试结果如表5所示。
表5 140℃实验条件下的腐蚀评价结果
实施例1-5所制得的复合酸化缓蚀剂复合物在160℃条件下的失重缓蚀性能测试结果如表6所示。
表6 160℃实验条件下的腐蚀评价结果
从表3-表6可知，实施例1-5所制得的复合酸化缓蚀剂复合物添加量低于行业标准要求，且所表现出的缓释性能优于相应评价温度、介质下行业标准对腐蚀速率的要求。
将实施例1-5所制得的复合酸化缓蚀剂复合物在120℃的20％盐酸中以1.0％的用量加入，按照中华人民共和国石油天然气行业标准《SY/T5405-2019》酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标中的失重法进行评价后，N80试片外观及试片表面的接触角测试结果如图7所示，其中a组为未添加缓蚀剂的空白对照组，b-f组分别为所加入的缓蚀剂为实施例1-实施例5时的腐蚀评价后的N80试片，可以看到依据本发明所制备的缓蚀剂具有理想的酸化腐蚀抑制效果，且加入相应的缓蚀剂后试片表明形貌更加光滑，并可以获得比空白组更大角度的接触角，说明缓蚀剂在吸附于金属界面后起到了疏水作用，可以有效阻隔腐蚀介质与金属材料接触。
以上实施例仅以结构式为的吲哚嗪衍生物为例，本领域技术应该知晓，通式Ⅵ或Ⅶ所示的吲哚嗪衍生物均能达到类似的技术效果
其中R1、R3选自氢原子、碳原子个数在C1-C20以内的饱和链状烷基、碳原子个数在C1-C20以内的不饱和链状烷基、碳原子个数在C1-C20以内的饱和环状烷基、碳原子个数在C1-C20以内的不饱和环状烷基、醛基、卤素、硝基、氰基、羟基、甲氧基或4-N,N-二甲氨基，R1与R3相同或不同；R2选自C1-C20以内的饱和链状烷基、苯基、苯甲酰基、萘基、卤代苯基、甲酸甲酯基、甲酸乙酯基、甲氧基苯基、硝基苯基、甲基苯基；X选自卤素。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种基于吲哚嗪衍生物的复合酸化缓蚀剂复合物，其特征在于：所述复合酸化缓蚀剂复合物包括以下质量份数的组分：
吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液25％-35％
复合增效助剂30％-40％
表面活性剂8％-12％
助溶剂20％-25％
其余为水；
所述吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液为合成通式Ⅵ或Ⅶ所示的吲哚嗪衍生物后蒸除部分溶剂得到的浓缩母液；
其中R1、R3选自氢原子、碳原子个数在C1-C20以内的饱和链状烷基、碳原子个数在C1-C20以内的不饱和链状烷基、碳原子个数在C1-C20以内的饱和环状烷基、碳原子个数在C1-C20以内的不饱和环状烷基、醛基、卤素、硝基、氰基、羟基、甲氧基或4-N,N-二甲氨基，R1与R3相同或不同；R2选自C1-C20以内的饱和链状烷基、苯基、苯甲酰基、萘基、卤代苯基、甲酸甲酯基、甲酸乙酯基、甲氧基苯基、硝基苯基、甲基苯基；X选自卤素；
所述复合增效助剂包括有机增效剂和无机增效剂，有机增效剂为多聚甲醛，无机增效剂为碘化钾、碘化亚铜和三氧化二锑中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种基于吲哚嗪衍生物的复合酸化缓蚀剂复合物，其特征在于：所述吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液的具体制备步骤如下：
(1)将通式Ⅰ所示吡啶衍生物或通式Ⅱ所示喹啉衍生物与通式Ⅲ所示含α-甲基的卤代化合物在溶剂中加热反应，生成通式Ⅳ或Ⅴ所示的季铵盐中间体；
(2)往步骤(1)反应所得的中间体混合物中加入亚硝酸盐为氧化剂，加热反应，得到通式Ⅵ或Ⅶ所示的吲哚嗪衍生物；
(3)将步骤(2)反应所得的混合物过滤，然后蒸馏除去滤液总质量40％-60％的溶剂，得到吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液；
3.根据权利要求2所述的一种基于吲哚嗪衍生物的复合酸化缓蚀剂复合物，其特征在于：所述步骤(1)中，通式Ⅰ所示吡啶衍生物或通式Ⅱ所示喹啉衍生物、通式Ⅲ所示含α-甲基的卤代化合物、溶剂的质量比为0.9-1.0:1.1-1.2:2.5-3.0。
4.根据权利要求2所述的一种基于吲哚嗪衍生物的复合酸化缓蚀剂复合物，其特征在于：所述吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液的制备过程中的溶剂为二甲亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、乙腈、1,2-二氯乙烷、乙醇、正丁醇、2-丁醇、甲醇、正丙醇或异丙醇。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种基于吲哚嗪衍生物的复合酸化缓蚀剂复合物，其特征在于：所述吲哚嗪衍生物的结构式为：
6.根据权利要求1所述的一种基于吲哚嗪衍生物的复合酸化缓蚀剂复合物，其特征在于：所述复合增效助剂中有机增效剂与无机增效剂的质量比为1.9-2.2:0.8-1.1。
7.根据权利要求1所述的一种基于吲哚嗪衍生物的复合酸化缓蚀剂复合物，其特征在于：所述表面活性剂为曲拉通X-100、平平加O-10、司盘60、吐温60和木质素磺酸盐中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种基于吲哚嗪衍生物的复合酸化缓蚀剂复合物，其特征在于：所述助溶剂包括有机酸和脂肪醇。
9.根据权利要求8所述的一种基于吲哚嗪衍生物的复合酸化缓蚀剂复合物，其特征在于：所述有机酸为甲酸、乙酸和乙二酸中的一种或多种，所述脂肪醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇和乙二醇中的一种或多种。
10.权利要求1至9任意一项所述的一种基于吲哚嗪衍生物的复合酸化缓蚀剂复合物的制备方法，其特征在于：
合成通式Ⅵ或Ⅶ所示的吲哚嗪衍生物，然后蒸除部分溶剂，得到吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液；
将有机增效剂和无机增效剂在水中混合均匀，得到复合增效助剂；
将有机酸和脂肪醇混合均匀，得到助溶剂；
将吲哚嗪衍生物主剂浓缩母液、复合增效助剂、表面活性剂、助溶剂和水在容器中混合均匀，控制水浴加热温度在50-60℃，给予超声震荡后搅拌至充分溶解，即为所述复合酸化缓蚀剂复合物。
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