注多元热流体环境下流速对N80钢腐蚀行为的影响研究

目的研究不同流速条件下N80钢在注多元热流体环境中的腐蚀特征,探究流速变化对N80钢腐蚀行为的影响规律及机理。方法利用自制高温高压多相流冲刷腐蚀环路装置模拟不同流速(0、0.5、1.0、2.0m/s)的注多元热流体环境,采用失重法计算不同流速下N80钢的平均腐蚀速率,并同时进行原位电化学测试。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对不同流速条件下N80钢腐蚀后的腐蚀产物物相组成和表面微观形貌进行分析。结果N80钢在注多元热流体环境中的平均腐蚀速率随着流速增加而增大。流速增加影响O_(2)的扩散传质过程、近表面离子分布和壁面剪切力的大小,使腐蚀产物膜特征发生变化。0m/s时,腐蚀产物主要由FeCO_(3)和少量Fe_(2)O_(3)组成,为单层膜结构,腐蚀形态为均匀腐蚀。0.5~2.0m/s范围内,腐蚀产物种类增加,主要由FeCO_(3)、Fe_(2)O_(3)和少量FeO(OH)组成,呈双层膜结构,同时N80钢表面腐蚀产物膜出现鼓泡,且随流速增加鼓泡数量增加,去除腐蚀产物膜后发现鼓泡下方存在局部腐蚀。原位电化学测试结果表明:随着流速增加,塔菲尔极化曲线的阳极斜率增大,阴极斜率减小。电化学阻抗谱测试结果表明,N80钢表面外层腐蚀产物膜电阻Rf1、电荷转移电阻Rct和扩散电阻W随流速增加而减小。结论流速增大加快了O_(2)的扩散传质过程,使得腐蚀电化学控制步骤由阴极氧扩散过程转变为阳极溶解过程,且试样表面保护性FeCO_(3)膜厚度减小,导致产物膜保护性降低。另外,Fe^(2+)更容易被氧化形成Fe^(3+),局部FeCO_(3)被氧化成为Fe_(2)O_(3),破坏了内层膜的完整性,导致局部腐蚀发生。

氯离子质量浓度对N80稠油管柱腐蚀机理研究

使用高温高压哈氏合金反应釜模拟N80油管钢在采出液中的恶劣腐蚀环境,研究不同氯离子质量浓度(0,5000,10000,15000 mg/L)对采出液中N80油管钢的腐蚀行为及腐蚀机理的影响,利用宏观和微观手段相结合,对N80油管钢的腐蚀速率,腐蚀形貌和腐蚀产物膜结构进行分析,明确不同氯离子含量环境下其腐蚀的差异性。结果表明,在含有氯离子的对照组中,随着氯离子质量浓度提升腐蚀速率上升显著,腐蚀产物表面点蚀坑逐渐增大。这是由于氯离子破坏了原本致密的腐蚀产物膜,使碳钢再次暴露在腐蚀溶液中,加速点蚀的产生。

CO_(2)驱油井环境下N80钢与3Cr13钢的电偶腐蚀行为

N80钢与3Cr13钢常作为油管和水力锚等的材料使用,在CO_(2)驱油井环境中不可避免偶接使用易产生电偶腐蚀。为此,通过开展CO_(2)环境下N80钢和3Cr13钢的腐蚀速率试验和电偶腐蚀试验,明确了CO_(2)含量、温度、压力和矿化度等因素作用下2种钢的电偶腐蚀规律。结果表明:CO_(2)驱油井中2种钢产生电偶腐蚀,3Cr13钢为阴极,且不受电偶腐蚀影响,N80钢为阳极,电偶腐蚀速率增大;且N80钢的电偶腐蚀速率随CO_(2)含量、温度、压力和矿化度的增大而增大;电偶腐蚀敏感因子随CO_(2)含量和压力增大而减小,当CO_(2)含量达到20.0%时电偶腐蚀敏感因子为负值,随温度升高先减小后增大,随矿化度增加而增大,电偶腐蚀速率最大可高于常规腐蚀69%。

N80钢在模拟减氧空气驱生产井中的腐蚀行为

为了探究N80钢在减氧空气驱生产井中的腐蚀行为,基于灰色关联分析法,分析了国内某减氧空气驱生产井的腐蚀主控因素,并以油藏模拟结果作为室内模拟参数,采用动态失重法结合金相显微镜、XRD、3D形貌等相关表征,研究了不同生产时期N80钢的腐蚀行为。结果表明:氧含量对减氧空气驱生产井腐蚀的敏感性最大,在含氧工况下,N80钢的腐蚀速率显著增加,氧含量3%(0.3 MPa)时的腐蚀速率是不含氧的5倍左右。在驱油初期,腐蚀为CO_(2)主导的局部腐蚀,腐蚀产物主要为致密的FeCO_(3)。随着注气时间的延长,井筒内为CO_(2)/O_(2)均衡环境,腐蚀转变为二者共同作用,腐蚀产物为FeCO_(3)和疏松多孔的Fe_(2)O_(3)。在持续注气3年后,生产井内为高O_(2)+低CO_(2)环境,致密的FeCO_(3)遭到破坏,腐蚀坑横向发展,腐蚀转变为由O_(2)主导的全面腐蚀。

N80钢在CO_(2)驱油采出水中的腐蚀行为研究

为研究N80钢在生产阶段不同井深处的腐蚀行为,采用高温高压釜模拟CO_(2)驱油后采出井的腐蚀工况,通过失重法、扫描电镜(SEM)、三维光学测量分析等方法对腐蚀产物和腐蚀形貌进行了分析。结果表明:在CO_(2)分压为0 MPa时,N80钢的均匀腐蚀及小孔腐蚀速率均低于其他CO_(2)分压下的腐蚀环境的。随着井深的增加和CO_(2)分压的提高,N80钢的均匀腐蚀速率总体呈现先上升后下降的趋势;在井深600 m与2000 m时,最大点蚀速率与均匀腐蚀速率的变化趋势相同,在1200 m时最大点蚀速率随CO_(2)浓度的增加逐渐提高;随着井深和CO_(2)浓度的增加,N80钢的腐蚀产物膜变得更加致密并生成以FeCO_(3)为主的两层腐蚀产物膜。

N80 CO_(2)注气管柱腐蚀特征分析

为明确CO_(2)注入试验区N80注气管柱腐蚀特征及主控因素,通过理化性能检测实验对两注气井CO_(2)注气管柱的化学成分、拉伸性能、冲击性能、金相组织、硬度等进行了检测,通过腐蚀检测实验对典型腐蚀或失效管段表面和截面腐蚀特征进行了表征,确定了腐蚀产物种类。实验结果表明:N80注气管柱理化性能满足工程需要;注气后转注水是造成注气管柱严重腐蚀或失效的主要原因;腐蚀产物主要为FeCO_(3),符合典型的CO_(2)腐蚀产物特征;高Cl^(-)浓度地层水加速了注气管柱的局部腐蚀。因此,在后续的CO_(2)注入过程中,需采用合适的缓蚀剂或其他防腐措施,以保障CO_(2)安全稳定注入。

某油田注水井N80油管腐蚀失效分析

为了避免某油田注水井N80油管在服役过程中发生腐蚀穿孔破损,提高注水井管道使用寿命,采用测量、金相、成分分析、力学性能分析、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射等方法对失效油管进行了分析。结果表明,失效油管的化学成分和力学性能符合标准要求,失效原因主要是水体结垢,在管柱内壁形成垢下封闭环境,导致垢下局部腐蚀,且水中Cl^(-)含量较高,在Cl^(-)的渗透、催化作用下,腐蚀程度不断加剧。且由于CO_(2)及H_(2)S酸性介质的存在,也会导致管柱发生CO_(2)及H_(2)S腐蚀。多种腐蚀协同作用导致油管发生了较为严重的局部腐蚀,随着局部腐蚀的逐渐进行,最终形成腐蚀穿孔。在后续使用过程中采用缓蚀阻垢剂对管柱进行防护,从而减弱结垢对管壁造成的腐蚀,提高油管服役寿命。

N80钢在尿素辅助稠油蒸汽吞吐环境中的腐蚀行为研究

目的为解决油田现场尿素辅助稠油蒸汽吞吐环境中使用的N80钢油套管管柱的尿素腐蚀问题。方法采用动态高压釜模拟尿素辅助蒸汽吞吐采出井的井筒工况环境,借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子谱仪(XPS)表征技术,研究了N80钢在不同浓度尿素溶液中的腐蚀特性。结果结果表明,高温蒸汽环境中尿素溶液对N80钢的腐蚀是活化腐蚀、均匀腐蚀,表面腐蚀产物主要组份为FeCO3,且随着尿素溶液浓度的增大,腐蚀产物膜厚度增加,膜厚增长速率减小,对N80钢的腐蚀愈严重。对尿素辅助稠油蒸汽吞吐采出井井筒而言,在有原油存在下30%浓度尿素溶液中,由于原油起到了缓蚀剂作用,不会形成严重腐蚀,且随着原油量的增加,对N80钢的平均腐蚀速率降低。对于尿素辅助蒸汽吞吐提高采收率技术而言,在满足井筒腐蚀控制要求的前提下,现场试验方案的尿素溶液浓度可以高达30%。结论N80钢能够满足尿素辅助稠油蒸汽吞吐采出井井筒腐蚀控制要求,可以安全使用。

环境因素对N80钢在模拟油田采出液中腐蚀行为的影响

为研究不同环境因素影响下N80油管钢的腐蚀行为,采用极化曲线、交流阻抗、扫描电镜等方法研究了H^(+)、S^(2-)和Cl^(-)对N80钢在饱和CO_(2)模拟油田采出液中的腐蚀行为。结果表明:3种侵蚀性离子对N80钢腐蚀行为的影响由大到小为H^(+)、S^(2-)、Cl^(-)。随着3种侵蚀性离子浓度增加,N80钢腐蚀速率均增加。在低浓度Cl^(-)环境中,N80钢的腐蚀以阶梯状腐蚀和局部腐蚀为主,在高浓度Cl^(-)环境中,主要以点蚀为主;H^(+)会造成N80钢严重的局部腐蚀和均匀腐蚀,S^(2-)对N80钢的腐蚀失效以局部腐蚀为主。

川南某页岩气井N80油管腐蚀穿孔的失效分析

为探究四川某盆地页岩气井N80油管发生腐蚀穿孔失效的原因,通过宏观观察、理化性能检测、组织分析、扫描电镜观察和能谱分析等方法,并结合现场服役工况,系统分析了某N80油管发生腐蚀穿孔的原因。结果表明:油管理化性能及材质符合要求,油管表面有大量疏松多孔的腐蚀产物,以FeCO_(3)、FeS和CaCO_(3)等形式存在且可以看到SRB细菌的聚合体,EDS结果表明腐蚀产物中含有较多的S元素。该油管的腐蚀穿孔主要是由微生物腐蚀导致,CO_(2)和油基钻井液中的高Cl^(-)的耦合作用加速了局部腐蚀穿孔,添加杀菌剂可以抑制微生物对油管的腐蚀。

多元热流体注采用N80钢管柱的腐蚀行为

通过多元热流体注采现场井下挂环表面腐蚀产物形貌和成分的分析,提出了N80钢管柱的腐蚀机理,并通过现场失效管柱的成分分析进行验证;用实验室模拟腐蚀试验研究了多元热流体温度(120~280℃)、CO_(2)分压(2~18 MPa)和O_(2)分压(0~1 MPa)对管柱腐蚀行为的影响。结果表明:管柱的腐蚀反应分为CO_(2)腐蚀、O_(2)腐蚀和氢腐蚀3类,现场失效管柱碳含量低于标准要求,验证了腐蚀机理的正确性。随着温度升高,管柱的腐蚀速率先增大后减小再增大;随着CO_(2)分压增大,腐蚀速率先基本不变后增大再趋于稳定;随着O_(2)分压增大,腐蚀速率先急剧增大后趋于稳定。

油井管用N80钢和13Cr钢在多元热流体环境中的腐蚀行为

采用高温高压反应釜进行模拟腐蚀试验,探究了油井管材料N80钢和13Cr钢在不同温度和O_(2)分压下多元热流体环境中的腐蚀行为;通过失重法评价了材料的腐蚀速率,并结合激光共聚焦显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等测试方法,分析了两种材料腐蚀速率及腐蚀产物的变化规律。结果表明:当温度超过180℃时,两种材料的腐蚀速率均随温度的升高而增大,腐蚀产物中有Fe_(3)O_(4)生成;而随着O_(2)分压的升高,腐蚀产物逐渐由FeCO_(3)转变为Fe_(3)O_(4),两种材料的腐蚀速率均增大;当O_(2)分压达到0.2 MPa以上时,腐蚀产物全部转变为Fe_(3)O_(4),均匀腐蚀和局部腐蚀加重。

低温下N80钢油套管冲击韧性和断口特征研究

为了明确低温条件下油套管N80钢的韧性变化规律,利用示波冲击仪对N80钢油套管材料进行不同温度(25、0、-20、-40℃)条件下的示波冲击试验,采用SEM观察N80钢冲击试样断口形貌,研究了不同温度条件下N80钢的韧脆特性及断口裂纹扩展特征。结果表明:N80钢的冲击功随温度降低而减小,裂纹扩展功与冲击功的比值随温度升高先减小后增大再减小,起裂功与冲击功的比值随温度升高先增大后减小再增大。断口形貌分析表明,裂纹萌生及扩展的断口特性与力-位移示波冲击曲线反映出的断裂特性一致。25℃时,断口面可见裂纹稳态扩展阶段,起裂区断口为韧窝状韧性断裂;0℃时稳态扩展过程短,温度降至-20℃和-40℃时显示出解理脆性断裂特征。-20℃时为韧性和脆性断裂特征,-40℃时完全脆性化,N80钢组织中所含贝氏体和块状铁素体加剧其低温脆性断裂。

钻井液中氯离子浓度对N80石油套管钢摩擦磨损性能的影响

在不同氯离子浓度(0,0.34,0.68,1.02 mol·L^(-1))的水基钻井液中对N80石油套管钢盘试样与G105钻杆钢销试样进行销-盘摩擦磨损试验,研究了氯离子浓度对N80钢摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着氯离子浓度的增加,N80钢的磨损率和销-盘摩擦副的摩擦因数均先增加后减小,且都在氯离子浓度为0.68 mol·L^(-1)时最高,分别为2.2×10^(-6) mm^(3)·N^(-1)·m^(-1)和0.85;在不含氯离子的钻井液中摩擦磨损时,N80钢主要发生磨粒磨损,含有氯离子时则发生腐蚀-磨粒磨损;氯离子会破坏N80钢表面氧化膜,增大表面粗糙度,从而提高磨损率,但当氯离子浓度高至1.02 mol·L^(-1)时,氧化膜被完全破坏,表面粗糙度下降,磨损率又降低。

氟化改性对N80钢耐腐蚀和防垢性能的影响

先将N80钢片进行抛光处理,再用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基硅烷进行氟化改性处理,研究了氟化改性对试验钢在质量分数3.5%的NaCl溶液中的耐腐蚀性能和在模拟海水中防垢性能的影响。结果表明:在NaCl溶液中浸泡7 d后,氟化改性试样的表面腐蚀程度最为轻微,其低频(0.01 Hz)阻抗模值为450Ω·cm^(2),远大于未抛光和抛光试样;经7次快速蒸发结垢试验后,氟化改性试样的结垢量相比于未抛光和抛光试样分别下降约42.55%和37.00%;经35 d多场耦合结垢试验后,氟化改性试样无明显结垢现象,结垢量接近0;氟化改性可提高N80钢的耐腐蚀性能和防垢性能。

N80油套管钢CO_2腐蚀产物膜的力学性能

N80油套管钢CO2腐蚀产物膜力学性能的测试结果表明,腐蚀产物膜的弹性模量与硬度从内层刮外层逐渐降低,弹性模量平均值为110 GPa.疏松的腐蚀产物膜内产生拉应力,应力大小随膜层的厚度增加而增加,腐蚀产物膜在试样表面稳定形成以后,内应力便趋于一个定值,大小约为46 MPa.外层府蚀产物膜的断裂应力、应变分别为55.6 MPa和5.06×10-4,小于内层膜断裂应力与应变(197.3-234.4 MPa和1.79×10-3-2.13×10-3).同样,内层膜与基体的粘附力要明显高于外层膜与内层膜。腐蚀产物膜内应力可以导致外层膜破裂.

N80油管钢CO_2腐蚀点蚀行为

在模拟油田CO2 腐蚀环境下 ,利用XRD、EDS和SEM研究了N80钢点蚀坑的形成与发展 .结果表明 ,Cl-会在腐蚀产物膜与金属界面处富积成核 ,加速该区域的阳极溶解 ,促使点蚀坑的形核 ;点蚀坑内也有Cl-富积 ,在膜与基体界面处形成厚度为 3 μm的富积层 ,加速点蚀坑内基体的腐蚀 ,使得点蚀坑进一步发展 .同时 。

N80油套管钢CO_2腐蚀的研究进展

综述了N80油套管钢CO2腐蚀的研究进展,提供了N80油套管钢腐蚀发生的最关键影响因素,提出了进一步研究的方向.目前,N80油套管钢CO2腐蚀研究发现,腐蚀速率随环境参数温度、CO2分压、流速的增加出现峰值;腐蚀产物膜的结构影响腐蚀的进程和腐蚀形式,只有连续、致密和结合力强的膜才能抑制腐蚀加剧,保护基体;原油和H2S的加入改变反应的传输过程和界面状态,使反应机理更加复杂;各种预测系统不断丰富.特别指出在CO2腐蚀产物膜的结构、力学性能、表征参量方面,腐蚀参量的影响研究缺乏系统性.提出一些设想,今后应着重于各腐蚀参量对腐蚀速率影响敏感区间的细化和对膜力学性能影响的研究,由此需要进一步改进动态模拟试验方法以及深入探讨动态电化学原位测量技术.

N80钢CO_2腐蚀电极过程交流阻抗分析

利用交流阻抗技术研究了N80钢在不同介质条件下CO2腐蚀交流阻抗图谱的特征.结果表明,N80油套管钢CO2腐蚀EIS曲线具有三个时间常数,其中低频感抗弧与试样表面活化溶解有关,低频容抗弧与试样表面腐蚀产物膜生成有关.随着试样表面腐蚀产物膜覆盖度增大,EIS曲线低频区感抗弧逐渐缩小,容抗弧逐渐扩大.进一步讨论了试样表面腐蚀产物膜成膜情况与电极反应过程的关系.

N80钢CO_2腐蚀产物膜研究

在模拟油田CO2 腐蚀环境下 ,用XRD、EDS和SEM研究了N80钢腐蚀产物膜的形成与发展情况。结果表明 ,在本试验条件下N80钢CO2 腐蚀产物膜对基体具有一定的保护作用 ,可以降低腐蚀速率。腐蚀产物膜分 3层 ,讨论了 3层膜的结构特征与形成机理。初步研究了腐蚀产物膜的破坏特征。腐蚀产物膜的晶体类型是(Fe,Ca)CO3