高温高压含O2溴盐完井液中13Cr不锈钢的腐蚀行为研究

随着越来越复杂开发工艺的应用,油气田现场服役环境也变得更加复杂苛刻,一些现场操作环节(如井下回注CO2、回注采出水、药剂加注、环空注氮、管道试压、维修操作等)不可避免会将O2引入井下环境。O2的混入会导致井下管材发生不可预期的腐蚀风险,尤其对以13Cr不锈钢为代表的耐蚀油套管材,潜在局部腐蚀风险很高。针对溴盐完井液中O2混入导致井下管材腐蚀风险加剧的问题,采用高温高压腐蚀模拟实验,结合扫描电镜、能谱分析等微观表征手段,研究了高温高压含O2环境下不同浓度溴盐完井液中普通13Cr和超级13Cr两种典型不锈钢油套管材的腐蚀行为及机理。结果表明:在高温高压含O2溴盐完井液环境下,两种13Cr不锈钢的腐蚀速率均较高,尤其局部腐蚀速率;参照NACE PR-0775标准,普通13Cr在1.01 g/cm^3浓度的溴盐溶液中就已经属于严重腐蚀,并且随着溴盐质量浓度的升高,腐蚀程度不断加剧,在浓度为1.10 g/cm^3达到极严重腐蚀;当溴盐质量浓度达到1.40 g/cm^3时,两种材料的最大局部腐蚀速率均已超过5 mm/a;微观形貌分析结果表明,溴盐完井液中O2混入对13Cr不锈钢管材的耐蚀性能具有显著影响,这主要是由于O2混入降低了材料表面钝化膜的稳定性,点蚀萌生于材料基体表面致密富Cr钝化膜的破损处,向基体深部发展,蚀坑周边区域有大量腐蚀产物堆积,蚀坑与周边区域存在局部的电偶效应,进一步加速蚀坑的发展。

高温高压环境下不同浓度KBr溶液对13Cr不锈钢的腐蚀行为影响

油气工业中溴盐完井液的使用极易导致油套管腐蚀失效的发生,尤其是局部腐蚀风险.针对这一问题,采用高温高压腐蚀模拟试验、扫描电镜观察与分析、电化学测试等试验研究方法,研究了高温高压环境下不同浓度溴盐溶液对普通13Cr和超级13Cr两种典型油套管材腐蚀行为的影响.结果表明:从平均腐蚀速率来看,两种13Cr管材在三种浓度溴盐溶液中均表现出较好的耐蚀性能,属于轻度或中度腐蚀,但从局部腐蚀速率来看,两种材料均达到严重或极严重腐蚀;随着溴盐浓度的提高,普通13Cr的自腐蚀电位和点蚀电位均明显负移,对应材料的平均腐蚀速率和局部腐蚀速率均明显上升,而超级13Cr仅点蚀电位明显负移,自腐蚀电位则相对稳定,对应其平均腐蚀速率变化幅度较小,局部腐蚀速率则明显上升,这说明相比普通13Cr,超级13Cr对溴盐溶液具有更强的整体耐受能力,但局部腐蚀敏感性仍然较高;激光共聚焦(LSCM)三维表征结果表明,在高质量浓度溴盐溶液(1. 40 g·cm-3)中,不论是普通13Cr还是超级13Cr都有明显的点蚀倾向,这主要与溶液中高浓度的侵蚀性阴离子Br-有关,相比于普通13Cr,超级13Cr的点蚀敏感性相对较低,但其点蚀风险仍不可忽视.