钻采工具用35CrMo钢的CO2腐蚀及Ni-Fe-P镀层的防护机理研究

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本论文采用静态高温高压釜,结合SEM、EDS、XRD、EIS等微观分析手段,对油田井下钻采工具常用的经调质处理以后的35CrMo钢以及其基体上制备的Ni-Fe-P化学镀层,在C02分压为1MPa、2MPa、3MPa、4MPa,温度为30℃、60℃、80℃、100℃条件下,在模拟大庆庆森气田富含CO2的油气井环境下的腐蚀行为进行了研究。结果如下:(1)35CrMo钢的CO2腐蚀,在模拟大庆油田井下介质、温度和压力的环境中为极严重腐蚀。腐蚀速率最小值为1.7933mm/a,最大值达至7.0098mm/a,远远大于NACE标准中所规定的极严重腐蚀速率;(2)温度对35CrMo钢的静态腐蚀速率影响较大:在30℃~60℃的低温区,其腐蚀速率随温度单调递增;80℃~100℃的高温区,其腐蚀速率随温度单调递减;30℃时,腐蚀速率最小,最小值为1.7933mm/a;60℃时,腐蚀速率最大,最大值为7.0098mm/a。C02分压对35CrMo钢的静态腐蚀速率影响较小:总体上,CO2分压越大,腐蚀速率越高,但变化范围不大;相同温度下,4MPa下的腐蚀速率达到最大,但80℃时,由于在1MPa时基体上致密的产物膜还没有形成,所以此温度下35CrMo钢的腐蚀速率随着CO2分压的增大呈先减小后增大的规律。时间对腐蚀速率的影响也较为明显:腐蚀时间从12h到96h的过程中,腐蚀速率先增大后减小,72h时达到最大7.0098mm/a。(3)温度可以改变35CrMo钢的CO2腐蚀机理和腐蚀产物膜形貌、结构和厚度,进而影响腐蚀速率。温度为30℃时,35CrMo冈表面的腐蚀产物膜为片层状、较薄且结构松散,主要成分为FeCO3和Cr(OH)3;60℃时,35CrMo钢表面的腐蚀产物膜的成分和结构并没有发生大的变化,仍为片层状的FeCO3和Cr(OH)3,但厚度明显增加,且发生大面积脱落。当温度达到80℃时,1MPa下腐蚀产物膜没有发生实质性的变化,2MPa、3MPa和4MPa下的腐蚀产物膜晶粒化明显。100℃时,试样表面的腐蚀产物完全晶粒化,且颗粒较之80℃更加细小、致密,主要成分为FeCO3。CO2分压一般不会改变腐蚀机理,其对腐蚀的影响主要表现在:当晶粒状腐蚀产物膜形成后,CO2分压可以通过改变产物膜的致密性、厚度以及晶粒的大小来改变腐蚀速率。腐蚀时问也可以改变35CrMo冈的腐蚀机理和腐蚀产物膜形貌、结构和厚度,进而影响腐蚀反应速率。在腐蚀反应发生12h时,35CrMo钢的腐蚀产物膜较薄、松散。主要成分为Cr(OH)3。当腐蚀反应时间达到48h时,腐蚀产物膜分两层。上层为晶体,主要成分为FeCO3,下层为片状生成物,成分为Cr(OH)3。72h时,上层颗粒消失,随着反应时间的延长,上层颗粒状腐蚀产物膜再次出现,当时间达到96h时,颗粒状腐蚀产物几乎将整个下层腐蚀产物覆盖。(4)对实验所设定的不同温度、CO2分压和反应时间下的腐蚀试样进行交流阻抗谱分析。结果表明:随着温度越来越高、CO2分压越来越大以及腐蚀时间的不断延长,实
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