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本文在对塔里木油田的现场环境调研的基础上,利用高温高压实验设备并辅以SEM、EDS和XRD等现代分析手段以及电化学的方法,研究了高温高压下0.5Cr、3Cr和5Cr油管钢的CO2、H2S腐蚀行为,探讨了CO2分压对低Cr材料CO2腐蚀行为的影响;并对低Cr材料的平均腐蚀速率分别在60℃和90℃下做对比,讨论了低Cr钢的CO2腐蚀反应阴、阳极过程,以及CO2分压、Cr元素等因素对腐蚀过程的影响。对低Cr钢在CO2/H2S共存条件下腐蚀行为进行评价,并通过电化学设备对5Cr的CO2/H2S腐蚀机理进行研究;针对油田普通碳钢和低Cr钢混合使用的电偶腐蚀进行评价,并考察普通碳钢和低Cr材料在焊接连接及螺纹连接下的腐蚀失重行为,最后,利用电化学探讨普通P11O和5Cr钢的电偶腐蚀机理。
实验结果表明:在模拟CO2腐蚀环境中,随CO2分压的升高,三种材料的平均腐蚀速率总体趋势在增加;每种条件下,0.5Cr平均腐蚀速率最大,并随基体Cr含量的增加,其平均腐蚀速率减低;3Cr和5Cr钢表面发生的是典型的均匀腐蚀,膜中Cr出现富集现象,但分布不均匀;0.5Cr钢局部腐蚀的特征也不明显。
在模拟CO2/H2S腐蚀环境中,H2S分压为0.5MPa,随着CO2分压的升高,三种材料的平均腐蚀速率总体趋势增加,但变化不大,都在一个数量级以内,相比于仅有CO2气氛的腐蚀环境,在总压相同条件下,三种材料的平均腐蚀速率要低到一个数量级以上;在CO2/H2S腐蚀环境中,三种材料的腐蚀产物成分均为FeS,没有CO2腐蚀的产物,可见,H2S腐蚀占主导作用;CO2分压为1MPa和2MPa条件下,Cr元素在3Cr和5Cr的腐蚀产物中富集,提高腐了蚀产物膜的稳定性和致密度,显著降低材料的平均腐蚀速率,这点从5Cr钢在N2、CO2和H2S环境中的电化学试验结果中得到验证。
模拟现场环境下的电偶腐蚀,在所有电偶对中,由于两种金属的电偶序存在差异,低Cr钢的平均腐蚀速率都小于普通钢材,每一电偶对的接触部位,没有发现较为明显的局部腐蚀现象。
以本文实验所累积的实验数据为基础,总结了低Cr油套管钢分别在CO2及CO2/H2S的腐蚀机理,找出了腐蚀速率与CO2分压之间的复杂关系。但是由于诸多因素的影响,其预测效果还有待于进一步提高。