论文部分内容阅读
目前，石油开采行业中，大部分油田进入高含水阶段，油田采出水成为现今油田防腐工作的重点研究对象。该环境具有成分复杂，矿化度高，温度高，pH值普遍偏低的特性，对采油设备和管道具有强腐蚀性，腐蚀机制复杂，因此在极度苛刻的环境下，具有优良耐蚀性质的316L不锈钢会被选作设备材料。但是油田采出水中所含的大量Cl-仍会破坏钝化膜，诱导孔蚀甚至最终发展为穿孔，所以需要一定的防腐措施。阴极保护作为经典的防腐方法，已广泛用于海水环境，但在油田采出水中的研究较少，以316L不锈钢为对象的研究几乎没有。因此，本论文通过循环伏安曲线选择了不同的阴极极化电位，在60℃含饱和CO2模拟油田采出水中，通过保护电流密度监测、失重测量、形貌观察等进行316L不锈钢阴极保护效果的初步研究。随后通过交流阻抗、微观形貌观察、成分分析等手段研究了极化电位对316L不锈钢表面钝化膜的还原作用以及不同电位对不锈钢表面沉积层的影响。最后通过慢应变速率拉伸实验、断口形貌观察、显微硬度测试等研究了不同电位对316L不锈钢氢脆的影响，并结合之前的实验结果选择了316L不锈钢在模拟油田采出水中适宜的阴极保护电位范围。研究结果表明：在60℃含饱和CO2的模拟油田采出水中，316L不锈钢有较好的耐全面腐蚀性能，浸泡30天的不锈钢出现孔蚀，-300mV对316L不锈钢无保护效果，-400mV~-700mV均能明显抑制全面腐蚀，-400mV不能完全抑制孔蚀，-500mV~-700mV均能有效抑制孔蚀；-400mV~-700mV，随电位负移，钝化膜的还原速率增大，其中-600mV和-700mV极化电位下，由于钝化膜还原速率较大，7天后电极表面的化学组成与其他电位条件下的差异较大，Cr和Mo向电极表面富集；模拟油田采出水呈酸性，并且阴极保护电流密度偏低，导致钙质沉积层的形成速率较慢，极化7天后的不锈钢表面只能观察到小晶核，极化30天后，-500mV极化下的不锈钢表面能明显观察到少量碳酸钙晶体，-700mV极化下的不锈钢表面有大量碳酸钙晶体附着；316L不锈钢本身具有较强塑性，但是随着阴极极化电位变负，塑性有所降低，自腐蚀条件下的316L不锈钢断口具有明显的韧性断裂特征，阴极极化电位低于-600mV会导致不锈钢增大氢脆倾向和脆性断裂趋势，-700mV下的脆性断裂趋势增大，而-800mV极化下的脆性断裂明显；在模拟油田采出水中使用阴极保护时，推荐316L不锈钢合适的保护电位范围为-500mV~-700mV。