X65碳钢和316L不锈钢在模拟油田采出水中的腐蚀行为研究

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腐蚀是现代工业和生活中的重要破坏因素之一,我国年腐蚀损失约占国民生产总量的6%。随着含CO2油气井的不断发现,油气田管线的腐蚀事故越来越多,因此了解金属材料在油田环境中的腐蚀行为成为近年来研究的热点。本文主要针对油田中常用的X65碳钢和316L不锈钢研究了其在模拟油田采出水中的腐蚀行为,并探究其腐蚀机理,为其应用及防护提供理论基础。本文主要通过失重法和极化曲线、电化学交流阻抗法并结合扫描电镜、X射线衍射等物理检测手段研究了温度、醋酸浓度和CO2分压对X65碳钢在模拟油田采出水中的腐蚀行为的影响。结果表明:在模拟油田采出水温度范围为20-90℃时,随温度的升高,X65碳钢的腐蚀速率增加,最大腐蚀速率为2.75mm.a-1。在温度为20℃时,阴极出现极限扩散电流密度,温度升高,阴、阳极电流密度均增加。塔菲尔斜率bc>ba,整个腐蚀反应主要由阴极反应控制。在交流阻抗图中均有一个容抗弧组成,随温度升高,容抗弧半径减小。浸泡48h之后,在90℃时腐蚀速率下降,碳钢表面生成了FeCO3,阻碍了腐蚀的发生。由此可以得出,高温有利于腐蚀产物的形成。当醋酸浓度在0-2000ppm时,X65碳钢的腐蚀速率随醋酸浓度的增加腐蚀速率增大。醋酸的加入促进电极阴极反应,主要发生醋酸的还原反应。在含2000ppm醋酸的模拟油田采出水中,温度升高,溶液pH值降低,腐蚀速度加快。浸泡48h之后,电极表面没有生成FeCO3,说明一定量的醋酸可以溶解碳钢表面的FeCO3。在CO2分压为0-0.2MPa时,X65碳钢的腐蚀速率随CO2分压的增加呈直线性增加。增加CO2的浓度,加速了阴极反应。在低温下交流阻抗谱图中出现了感抗;温度升高,低频感抗弧消失。浸泡48h之后,在90℃的饱和CO2的油田采出水中碳钢表面生成了FeCO3,一定程度上抑制了碳钢的腐蚀。CO2和醋酸的混合液对X65碳钢的腐蚀起着协同作用,在混合液中腐蚀速率最大,FeCO3的生成与溶液在醋酸与CO2混合液中存在一个动态平衡。X65碳钢在油田采出水中主要发生均匀腐蚀。采用失重法,阳极极化曲线、电化学交流阻抗以及扫描电镜技术研究了温度、醋酸浓度和CO2分压对316L不锈钢在模拟油田采出水中的腐蚀行为。结果表明:316L不锈钢在油田采出水中主要发生点腐蚀。在温度20-90℃时,腐蚀速率随温度的升高先增加后减小,60℃时腐蚀速率最大,此时点蚀最大深度为0.145mm,点蚀密度为0.68个.cm-2。从20℃升高到60℃时,随着温度的升高,316L不锈钢击破电位渐降低,导致点蚀诱发敏感性增强;而随着温度进一步升高,生成具有保护作用腐蚀产物膜,点蚀敏感性减弱;316L不锈钢在模拟油田采出水中醋酸浓度为0-2000ppm时,随醋酸浓度的增加腐蚀速率先增加后减弱,醋酸浓度为1000ppm时,腐蚀速率最大。低浓度的醋酸比较容易破坏钝化膜,击破电位随醋酸浓度的增加先降低后升高。316L不锈钢在油田采出水中CO2分压为0-0.2MPa时,随CO2分压的增加腐蚀性先增加后减弱,当CO2分压为0.1MPa时,钝化区间出现毛刺现象,钝态不稳定,耐蚀性最差。
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