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在油气田开发过程中会带来油井、注水井、集输管道腐蚀和结垢现象,造成巨大的经济损失。缓蚀阻垢剂作为一种既具缓蚀效果又兼具阻垢效果的化学药剂,在油气田增产过程中有着广泛的应用。本文以肉桂酸、二乙烯三胺为原料,合成咪唑啉中间体（ID）,并对其结构进行IR、GC-MS表征。用ID、甲醛和亚磷酸为原料,通过曼尼希反应合成咪唑啉衍生物CAID,并通过产物对N80碳钢的缓蚀效果筛选最佳合成条件（3.5 h,120℃）,对合成产物进行IR、1HNMR表征。用ID、聚环氧琥珀酰亚胺（PSI）和2 mol/L的NaOH溶液合成高分子咪唑啉衍生物聚天冬氨酸接枝共聚物PASP/ID,筛选最佳合成条件（温度为45℃、时间为12 h、pH=11）,并对其结构进行IR、1HNMR表征。通过静态失重法、电化学方法、原子吸收分光光度法、表面分析（数码显微镜、SEM、EDS）和量子计算化学的方法评价和分析CAID和PASP/ID在模拟油田水和15%的盐酸中对N80碳钢的缓蚀效果。静态失重实验结果显示,CAID和PASP/ID在模拟油田水腐蚀介质中缓蚀性能良好,当加量为800 mg/L时腐蚀速率均小于0.076 mm/a。随着腐蚀体系温度的升高,二者缓蚀效果均有一定程度下降,且CAID变化幅度较小,热稳定性好;在15%的盐酸腐蚀介质中,低浓度下PASP/ID缓蚀效果明显优于CAID。CAID和PASP/ID缓蚀速率随温度升高而降低,随着温度升高,二者缓蚀效率有较大程度下降,且添加PASP/ID下降趋势比添加CAID下降趋势明显;当加量达到0.5 wt.%,CAID缓蚀效果优良,可达油田现场应用标准,PASP/ID缓蚀效果一般,不合油田应用标准。原子吸收分光光度法表明,在模拟油田水腐蚀介质中,N80碳钢的腐蚀产物主要以难溶性氧化物、氢氧化物沉于腐蚀溶液底部;在15%的盐酸腐蚀介质中,N80碳钢的腐蚀产物以Fe2+及其螯合物溶于腐蚀溶液中。电化学实验结果表明,添加CAID和PASP/ID均能降低腐蚀电流密度。在模拟油田水腐蚀介质中,CAID和PASP/ID主要抑制N80碳钢的阴极反应;在15%的盐酸中二者属于混合型缓蚀剂,对阴、阳极均有一定的抑制作用,且添加咪唑啉衍生物不改变其腐蚀机制。量子化学计算结果表明两种咪唑啉衍生物均通过供电子效应吸附在N80碳钢表面,CAID缓蚀效果理论上优于PASP/ID。SEM和EDS分析结果表明,CAID和PASP/ID均能吸附在碳钢表面,达到抑制腐蚀的作用。通过静态阻垢法、SEM和XRD探究CAID和PASP/ID阻碳酸钙和硫酸钙垢的阻垢性能和阻垢机理。静态阻垢实验表明,加量为300 mg/L时,CAID和PASP/ID阻CaSO4垢率分别达到67.3%和90.1%;CAID加量为300 mg/L时阻CaCO3垢率为49.2%,PASP/ID阻CaCO3垢效率最高可达71.2%,最佳浓度为200 mg/L。增加CAID浓度对阻CaCO3和CaSO4垢性能有积极影响;增加PASP/ID浓度能增大阻CaSO4垢性能,对阻CaCO3垢性能呈先增大后减小的趋势。探究温度对阻CaCO3和CaSO4垢性能的影响,随着温度的增加,CAID阻CaSO4垢性能减小,对阻CaCO3垢性能基本无影响;同时增加温度对PASP/ID的阻CaCO3和CaSO4垢效果是不利的。此外,恒温时间对二者阻垢性能均有一定影响,CAID和PASP/ID阻垢性能随恒温时间的增加而减小。SEM实验结果说明添加两种咪唑啉衍生物均能改变CaCO3和CaSO4的结晶形貌,XRD实验结果也表明CaCO3和CaSO4的晶型结构发生变化,这表明两种咪唑啉衍生物均CaCO3和CaSO4使垢发生晶格畸变作用。