在石油和天然气行业,腐蚀造成的故障占安全事故总数的25%以上。使用缓蚀剂是阻止或减缓金属腐蚀的一种有效方法,但是许多含磷酸盐、铬酸盐、钨酸盐或其他重金属离子的无机类缓蚀剂是有毒、环境不友好和不可生物降解的,这对人类存在潜在的威胁。从环保和安全性的角度出发,开发可以保护金属免受腐蚀而不引起环境问题的无毒有效的抑制剂被认为重要和可取的。采用宏观形貌观察、微观形貌观察、化学成分分析、腐蚀产物分析等方法对输油管线穿孔原因进行了分析,并通过室内动态失重实验和FLUENT模拟进行腐蚀机理研究。结果表明:管道穿孔是由冲刷和垢下腐蚀共同作用的结果;流速从0增加到2.5m/s时,水垢沉积率先增大后趋于平缓;流体的切应力导致垢层堆积不均,穿孔严重;通过FLUENT模拟找到与实际管道腐蚀相结合下的生产中垢下腐蚀的薄弱环节,在管道弯曲处及管径减小处,已形成的腐蚀垢层被较高的剪切力剥离并被流体带走,介质更容易透过疏松的产物层与基体反应,因此管道弯曲处和内径减少处,垢下腐蚀严重;在管道出口处,内弧侧发生明显细湍流,容易造成水垢堆积,使垢层覆盖不均,构成浓差电池,加剧腐蚀。通过引入疏水基团,进一步改性羧甲基壳聚糖(cmch),合成一种绿色环保、活性高的天然缓蚀剂——羧甲基壳聚糖硫代衍生物(thio-cmch);通过失重实验、电化学方法研究cmch和thio-cmch对Q235B钢在60℃下油田回注水的缓蚀性能,利用热台显微镜、FTIR进行表征;同时研究了油酸基咪唑啉季铵盐和硬脂酸基咪唑啉季铵盐在该条件下的缓蚀性能,并探究了thio-cmch分别与其复配的缓蚀性能。实验结果表明:cmch随含量的增加先增大后趋于平缓,在200mg/L时缓蚀率最大为87.81%;thio-cmch随含量增加逐渐趋于平缓,在300mg/L时缓蚀率最大为93.89%;cmch和thio-cmch在碳钢表面的吸附遵循Langmuir规律,为自发进行的混合型缓蚀剂。改性后的thio-cmch缓蚀效率显著增大。油酸基咪唑啉季铵盐最大缓蚀效率为84.97%,油酸基咪唑啉季铵盐和thio-cmch通过竞争吸附和协同效应大幅度提高了缓蚀效率,当以质量浓度比100:200(mg/L)复配时,缓蚀效率达到95.69%。硬脂酸基咪唑啉季铵盐最大缓蚀效率为91.21%,硬脂酸基咪唑啉季铵盐和thio-cmch通过竞争吸附和协同效应大幅度提高了缓蚀效率,当以浓度比150:100(mg/L)复配时,缓蚀效率达到94.69%,结果证明了thiocmch与咪唑啉类缓蚀剂复配的可行性同时可以降低咪唑啉类缓蚀剂的用量,减少环境污染,显著提高缓蚀效率。