近日，化学工程领域国际杂志Chemical Engineering Journal（JCR分区Q1，中国科学院工程技术1区，IF=13.4）刊发中国科学院海洋研究所田惠文研究员的最新研究成果Temperature-controlled sinking delivery of thermostable alkyl substituted benzimidazole by sodium alginate polymer gel network for efficient inhibition of carbon steel corrosion in acid oilfield solution。

在石油和天然气井下的饱和CO₂腐蚀会造成严重的经济和安全问题，特别是当Q235碳钢结构暴露在高于50℃的温度的环境时，其腐蚀速率比室温高5到10倍。同时，在数千米的深井中，短期添加的缓蚀剂会发生大量的冗余浪费现象，常见的缓蚀剂体系会因密度不足无法沉入井下腐蚀区域，这长期以来一直被普遍认为是深层油井用缓蚀剂的三大难点问题。最近，具有多孔网络结构的水凝胶材料引起了广泛关注。海藻酸盐凝胶是典型的水凝胶材料，由于其疏松多孔的结构和良好的掺杂改性能力，有望成为使用于严苛环境下的载体材料，大大延长缓蚀剂载物的作用时间。在海藻酸盐凝胶体系中掺杂聚丙烯酰胺（PAM）、硫酸钡（BaSO₄） 作为温控、沉降响应因子，并负载新型合成的耐高温咪唑缓蚀剂（OBIP），通过凝胶与聚合物孔隙率差异，实现缓蚀体系的温控释放和长效防护，有望解决油井用缓蚀剂的三大问题，形成了针对高温油气井下CO₂腐蚀的缓蚀防护新方案。

本研究工作如图1所示，制备了耐高温缓蚀剂OBIP并将其负载得到海藻酸钠聚合物缓蚀体系（SA@PAM@OBIP）。如图2所示，针对超过3000m的油气井，在添加缓蚀剂体系SA@PAM@OBIP下，在井底重点防护区域的释放率达30%以上。本体系的缓蚀-释放机理如图3所示。根据分子动力学模拟分析，缓蚀体系中的耐高温缓蚀剂OBIP具有多个极性吸附中心，在高温环境中，耐高温缓蚀剂OBIP的缓蚀效率达到85%以上，超越同类产品25%，可碳钢表面形成更加稳定的吸附膜层。同时结合载体网络的温控释放效应，实现快速沉降使其在井下工作区域释放率超过30%，温度响应使缓蚀剂释放率差异达50%以上，并使缓蚀剂在油井环境中缓蚀作用时间延长3倍，达48h以上，解决了缓蚀体系的实践应用问题，成功实现了在高温油气田CO₂腐蚀环境对碳钢的长效防护。

图1 耐高温咪唑衍生物缓蚀剂OBIP和海藻酸盐凝胶重质缓蚀体系SA@PAM@OBIP的制备方案

图2 SA@PAM@OBIP在高温油井中各深度范围防护区域的缓蚀剂释放率分布

图3 海藻酸盐聚合物凝胶缓蚀体系的缓蚀-释放机理图

本研究通过合成耐高温咪唑缓蚀剂并负载于海藻酸盐凝胶网络，构建了一种温控响应、长效控释的针对高温油井环境的缓蚀体系，形成了针对高温油气田CO₂腐蚀的新的缓蚀防护方案。同时这项研究在深海管道，海水制氢，海上风电管道等类似腐蚀环境的防护提供重要参考价值。

本论文共同第一作者为海洋所硕士研究生贺子麒和博士后孙欣，通讯作者为田惠文研究员，香港理工大学的邹芳鑫助理教授为本研究提供部分技术和资金支持。本研究得到了国家高层次人才特殊支持计划、江苏省海洋资源开发技术创新中心海洋科技项目[LWKJ-01]、国家重点研发计划[No.2022RDC2012501]、山东省重点研发计划[No.2023CXPT008]和烟台开发区科技创新领军人才计划[No.2021RC015]的支持。

论文信息：

Sun X,He Z,Zou F,Tian H*. Temperature-controlled sinking delivery of thermostable alkyl substituted benzimidazole by sodium alginate polymer gel network for efficient inhibition of carbon steel corrosion in acid oilfield solution[J]. Chemical Engineering Journal,2025: 162912.