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以长庆气田为应用背景,利用动静态高温高压釜装置并辅以SEM、EDS和XRD等分析手段以及电化学方法,研究了温度和压力等环境参数对N80和P110油管钢的CO2/H2S腐蚀行为的影响,探讨了CO2/H2S腐蚀反应的阴、阳极过程以及温度对腐蚀电化学行为的影响,并在上述实验基础上,运用BP人工神经网络建立了用于高温高压复杂腐蚀环境中油管钢腐蚀速率预测模型,测试评价了抗CO2/H2S腐蚀油管及缓蚀剂的腐蚀行为。
研究发现:N80钢在所试验的环境中,其腐蚀类型以均匀腐蚀为主,P110钢则呈现明显的局部腐蚀特征,不同温度下的腐蚀产物膜成分均为FeS和/或FeS0.9,但两种硫化物成分所占的比例与温度密切相关。温度的影响表现在:首先影响腐蚀产物膜的形成机制,继而因腐蚀产物膜的保护性不同而影响腐蚀速率;随着温度的增加,两种材料的腐蚀速率均呈现先增后降趋势,且都在90℃时取得最大值。而PCO2/PH2S分压比的影响则表现为随着分压比增大,两种钢的腐蚀速率呈多重抛物线变化关系,且随着时间延长腐蚀速率的这种抛物线变化周期也越来越长。在所研究的几种主要因素中,CO2和H2S分压是两种影响CO2/H2S腐蚀速率的最主要因素,其作用依具体实验条件而不同,二者的关系类似于一种竞争机制,均有可能成为决定因素。
研究还发现,在CO2/H2S腐蚀环境中,N80和P110材料的阳极过程,初期呈现双容抗的特征,有膜时出现表征局部腐蚀的容抗和扩散控制的Warburg阻抗;而阴极过程则只有H2S参与阴极还原;温度对腐蚀的影响主要体现在阴极行为上,随着温度的升高,阻抗图中会出现Warburg阻抗,并且Warburg阻抗有随着温度升高而增大的趋势。基于本文实验所累积的大量试验数据,运用BP人工神经网络,建立了用于高温高压复杂腐蚀环境中油管钢腐蚀速率的预测模型,找出了腐蚀速率与各主要因素之间的复杂关系,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。
此外,含CO2/H2S环境中,本文所评价的缓蚀剂对液相腐蚀缓蚀性能良好,而对气相腐蚀缓蚀作用有限,电化学研究表明该缓蚀剂是阳极型缓蚀剂,其缓蚀机理为“负催化效应”。