5Cr油套管钢在含Cl^(-)的CO_(2)环境中的腐蚀特性研究

目的掌握油气井生产中CO_(2)腐蚀对油套管的影响规律,研究兼顾耐蚀性和经济性的5Cr油套管材料在含Cl^(-)的CO_(2)环境中不同时间下的腐蚀演变规律。方法采用XRD、XPS、SEM和EDS等技术分析5Cr油套管钢在不同时间下腐蚀产物膜的演变情况,利用丝束电极(WBE)和阻抗测试(EIS)技术对其腐蚀电化学行为进行研究。结果5Cr油套管钢腐蚀后期的平均腐蚀速率约为初期的1/2,在腐蚀14 d后,腐蚀产物膜中的Cr富集大于30%,Cr、Fe质量比达到较高水平,约为基体的15倍。随着腐蚀的进行,电荷传递电阻和产物膜覆盖引起的电阻增大,电化学反应阻力增大。在腐蚀前期具有局部不均匀性,随着腐蚀的进行,电极腐蚀电位有负移现象,最终分布区间为−0.59~−0.61 V,电极表面阳极电流区域大幅减少。结论在腐蚀时间延长的条件下,5Cr油套管钢腐蚀产物膜的致密性增加,电荷传递电阻呈变大趋势。在产物膜下的5Cr油套管钢区域,电流发生由阴极向阳极极性转变的现象,产物膜存在的孔隙使5Cr油套管钢基体金属被腐蚀,从而导致阳极电流的出现。表面局部腐蚀电位阳极区的形成和扩展使其有产生点蚀的倾向,但腐蚀产物逐渐沉积在点蚀坑内壁,形成了Cr富集的保护性表面层,原发生点蚀区域由原阳极活性点位转变为阴极区,对其发展起到了抑制作用。

C110级油套管钢的显微组织和晶体学特征对硫化物应力开裂的影响

通过单轴拉伸试验即NACE-A法评估了C110级油套管钢的抗硫化物应力开裂(sulfide stress cracking,SSC)性能,对拉伸试验断裂和未断裂的试样进行了金相检验,以揭示显微组织、夹杂物、晶界和位错对C110级油套管钢抗SSC性能的影响。结果表明:断裂试样中的裂纹从夹杂物处萌生和扩展,裂纹附近区域几乎都是变形晶粒,晶粒中心平均取向差较大,从而增大了钢的SSC倾向。未断裂试样中以再结晶晶粒和亚结构晶粒为主,且高角度晶界较多,能有效阻止裂纹的萌生。

N80油套管钢CO_2腐蚀产物膜特征

在模拟的油田高温高压现场环境下研究了普通 Ｎ８０级油套管钢和含 ４％－５％Ｃｒ的 Ｎ８０油套管钢 ＣＯ２腐蚀产物膜结构和离子选择性特征．结果表明、普通 Ｎ８０油套管钢形成的 ＦｅＣＯ３腐蚀产物膜具有阴离子选择透过性、这种特征对基体保护性较差．丘容易诱发点蚀：含 ４％－５％Ｃｒ的 Ｎ８０油套管钢形成的 Ｃｒ（ＯＨ）３非晶态腐蚀产物膜具有阳离子选择透过性，它不仅可以显著降低腐蚀速率．而且可以抑制点蚀的发生。

含Cr油套管钢CO_2腐蚀产物膜特征

在模拟油田CO2 腐蚀环境下 ,利用XRD、EDS、XPS和SEM研究了含Cr的N80钢腐蚀产物膜的特征 .结果表明 ,本试验条件下Cr在腐蚀产物膜中富积 ,形成非晶态物质Cr(OH) 3 ,使得腐蚀产物膜具有阳离子选择性 ,阳极反应受到抑制 ,腐蚀速率降低 .

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.

腐蚀产物膜覆盖条件下油套管钢CO_2腐蚀电化学特征

采用动电位扫描和交流阻抗技术研究了腐蚀产物膜覆盖条件下 2种油套管钢CO2 腐蚀电化学特征 .结果表明 ,油套管钢表面生成腐蚀产物膜以后可以显著降低腐蚀电流密度 ,EIS图谱中出现Warburg阻抗特征 ,含Cr油套管钢CO2 腐蚀产物膜对基体的保护作用要优于N80钢 .N80油套管钢在CO2

几种因素对油套管钢CO_2腐蚀行为影响

研究了流动条件下CO2分压、流速、原油含水率、溶液Cl-浓度及pH值对3种油套管常用材料N80、P105和SM110腐蚀行为的影响.90℃、1.5m/s时,随CO2分压升高,材料的腐蚀速率先升后降,在CO2分压为2.5MPa时,除N80钢外,其它材料的腐蚀速率达到最大值;90℃、CO2分压为2.5MPa时,随着流速的增加,腐蚀速率先升后降,在流速为1.5m/s时,材料的腐蚀速率达到最大值;原油含水率对材料的腐蚀速率影响较大;溶液的pH值及Cl-浓度对材料的腐蚀速率影响不明显.

两种油套管钢在两相流中的腐蚀磨损特性研究

在两相流硫酸腐蚀介质中,利用自制磨损试验装置分别研究了N 80和P 110油套管钢的腐蚀磨损性能,对比分析了2种钢的腐蚀磨损协同作用速率及其协同作用率,并分析了适宜2种材料的工况选择.结果表明:与N 80相比,P 110钢的腐蚀速率、磨损速率以及腐蚀磨损协同作用略低;2种钢试样的腐蚀磨损协同作用速率随介质的转速和浓度增加而增大,而协同作用率则呈非单调性变化,在较高浓度某一较低转速处达到最大值;当浓度较高转速较低时,宜选用N 80钢;在浓度较低转速较高时,则宜选用P 110钢.

模拟点腐蚀多孔的两种油套管钢的拉伸性能

根据发生点腐蚀的油气管线基体呈现出点蚀坑的多孔特点,选用了两种常用的油套管钢N80和P110,通过计算机产生随机数确定点蚀坑的位置,利用小钻头打孔的方法模拟其基体多孔特征进行拉伸试验,测得其弹性模量E、屈服强度σ0.2和抗拉强度bσ,将前二者的理论公式进行修正,给出了两种多孔钢的bσ与孔隙率Φ的函数关系式。结果表明,随着材料Φ的增加,测得E、0σ.2和bσ均下降,且下降趋势逐渐减缓;E的测量值和理论计算值吻合,P110钢比N80钢符合得更好;0σ.2的测量值随着Φ的增加而递减,但衰减速率略快于理论预测;bσ的变化与屈服强度相似,在较大Φ时递减趋于缓慢。

N80油套管钢钝化膜的光电化学性能

采用电容测试法研究了N80油套管钢在浓度为0.5 mol/L NaHCO3溶液中形成钝化膜的半导体性能,结合Mott-Schottky方程分析了测试频率,成膜电位和C l-浓度对钝化膜半导体性能的影响。电容测试结果表明,钝化膜呈n型半导体特性,Mott-Schottky曲线的斜率随着测试频率的增加、成膜电位的正移和溶液中氯离子浓度的增加而增加,相应地膜内的施主密度减小。光电化学实验结果表明,光电流强度随成膜电位的正移及成膜时间的延长而增加,这主要归功于高电位和长时间下所成的钝化膜具有比较均匀的组成,光激发所成的空位或电子在膜内的迁移率的增加。

Cl^-对N80油套管钢钝化膜半导体性能的影响

利用电化学阻抗谱技术研究了N80油套管钢在0.05 mol/L NaHCO3溶液中所成钝化膜的电化学性能,借助于莫特-肖特基曲线分析了成膜电位、测试频率以及Cl-浓度对钝化膜半导体性能的影响.结果表明:钝化膜呈n型半导体特征;随着成膜电位的增加,膜的容抗和施主密度减小;随着Cl-浓度的增加,膜的容抗和施主密度增加,膜的点蚀现象加剧.X射线光电子光谱(XPS)分析结果表明,钝化膜主要由Fe的氧化物Fe2O3和FeO组成.

不同pH氯化钠溶液对P110S油套管钢腐蚀磨损交互作用的影响

采用失重法和电化学方法研究了P110S油套管钢在不同pH氯化钠溶液中的腐蚀磨损行为,分析了试样表面的磨损产物。结果表明:试验钢在pH为3的氯化钠溶液中的腐蚀磨损速率最大,而在pH为7氯化钠溶液中的最小,在不同pH氯化钠溶液中,试验钢的腐蚀与磨损呈正交互作用;腐蚀磨损后试样的自腐蚀电位在pH为11的氯化钠溶液中最低,在pH为3,7的氯化钠溶液中相差不大,溶液pH对腐蚀磨损前试样的自腐蚀电位影响不大;随着氯化钠溶液pH的增加,试样表面磨损变形程度增大,腐蚀产物中氧、铁原子比减小。

几种合金元素对油套管钢H_2S/CO_2腐蚀的影响

利用失重挂片实验、硫化物应力腐蚀开裂(SSCC)实验方法,结合EDS分析技术研究了抗硫钢中含有的几种化学元素对H_2S/CO_2腐蚀的影响。研究表明:Mo和Ni含量的升高可以提高抗硫钢在高温下的耐均匀腐蚀性,Cr元素含量的增加,更有效地提高了低温下的抗蚀性能;材料化学成分及含量是影响抗硫钢在H_2S/CO_2环境下的腐蚀速率随温度变化规律的主要因素之一;合金元素Mn,Ni和Cr等元素含量的提高一般可以改善抗硫钢耐均匀腐蚀性能,但对硫化氢应力腐蚀不利。

温度、氯离子和铬元素对J55油套管钢钝化膜半导体性能的影响

利用电容测量法及电化学阻抗谱技术研究了温度、氯离子浓度和铬元素对目前广泛使用的J55油套管钢在模拟土壤环境中所成钝化膜半导体性能的影响.结果表明:钝化膜呈现n型半导体特性,随着成膜温度的升高、铬元素的加入和氯离子浓度的增加,Mott-Schottky曲线直线部分的斜率减小,表明膜内杂质密度增加.阻抗谱结果表明:在同一温度下,离子在膜内的传递电阻R1随着氯离子浓度增加而减小,膜内的扩散系数YW增加;同一氯离子浓度下,随着成膜温度的升高,扩散系数YW减小.表明温度升高、溶液中氯离子浓度的增加以及铬元素的加入会使钝化膜对J55油套管钢基体的保护作用减弱.

凝析气田多相流环境下常用油套管钢的CO_2腐蚀规律

针对凝析气藏CO_2腐蚀工况,利用高温高压反应釜,进行了常用油套管钢N80、P110和3Cr在模拟凝析气田多相流环境中的动态腐蚀试验,研究了温度、CO_2分压及含水率等因素对N80、P110和3Cr腐蚀速率的影响规律。用扫描电镜对腐蚀试样进行了表面形貌观察,对腐蚀产物进行了X射线衍射分析。研究结果表明,在CO_2分压1.4MPa,含水率30%的情况下,N80和P110的腐蚀速率随温度增加而减小,3Cr的腐蚀速率随温度增加先增后减;在60℃条件下,N80、P110和3Cr的腐蚀速率均随含水率和CO_2分压的增加而增大;在模拟凝析气田多相流环境下,3Cr相对于N80和P110具有较好的耐蚀性。

N80油套管钢在质量分数3.5%NaCl溶液中的冲蚀行为

采用失重法和电化学测试研究了N80油套管钢在质量分数为3.5%NaCl溶液中的冲蚀行为。结果表明:N80钢的质量损失速率随搅拌转速增加先保持不变再增大;相同时间冲蚀时N80钢的自腐蚀电流密度明显大于浸泡腐蚀时的;自腐蚀电流密度随浸泡时间的延长而增大,随冲蚀时间的延长先增大后减小,随溶氧量的增加而增大;冲蚀初期流体对N80钢的腐蚀作用占主导,中后期则以流体的冲击作用为主;随冲蚀时间延长,N80钢表面腐蚀产物增加,腐蚀坑边缘塑性变形程度增大,形状由圆形逐渐变为椭圆形,腐蚀速率减小;冲蚀1 h后的N80钢表面硬度低于未冲蚀的,冲蚀2 h后,N80钢表面由于形成硬化层,硬度高于未冲蚀的。

两相流中两种油套管钢腐蚀磨损的交互作用

为了直观方便的分析研究材料腐蚀磨损的交互作用,在交互作用绝对速率法和协同作用率法的基础上提出交互作用因子来表示交互作用程度.选用N80和P110两种油套管钢在两相流的硫酸腐蚀介质中,采用自制的磨损装置分别研究其腐蚀磨损性能,以三种不同的表达式分别给出和分析了腐蚀磨损交互作用图.结果表明,较N80钢硬度和耐蚀性略高的P110钢具有较小的腐蚀磨损交互作用;采用协同作用率和交互作用因子较绝对速率法具有更准确和更好的可比性,而使用交互作用因子较协同作用率更直观更简便;腐蚀磨损的协同作用是腐蚀过程和应力作用相互强化的结果.

油套管钢在氯化钙溶液中腐蚀及缓蚀性能研究

为了获得普通碳钢在常规压井液中腐蚀性,并找到一种腐蚀控制途径,利用失重法和电化学方法研究了N80、P110钢在1.35g/cm^3 CaCl_2溶液中不同温度、高温高压,缓蚀剂种类、用量等条件下的腐蚀及缓蚀行为。实验结果表明,随温度的升高N80和P110钢腐蚀加剧,在常压60~80℃,普通碳钢自腐蚀电流密度从10^(-6)A/cm^2增加到10^(-5)/cm^2;4 MPa条件下,温度从90℃升高至150℃时,腐蚀速率增大了1个数量级;80℃下,WLD31A用量仅为30 mg/L时,对N80缓蚀效率可达95.51%,P110钢缓蚀效率可达93.11%;在60~80℃,升高温度有利于提高WLD31A缓蚀效果,N80钢缓蚀效率从88.08%增加到96.51%,P110钢缓蚀效率从61.38%增加到93.11%。

温度对N80油套管钢CO_2腐蚀膜覆盖条件下阴极阻抗谱的影响

利用极化曲线和电化学阻抗谱技术研究了温度对腐蚀膜覆盖条件下N80油套管钢在含饱和CO2的地层水中阴极阻抗谱的影响。结果表明:成膜温度升高阴极反应电阻增加,扩散导纳减小,表明阴极反应速率减小。说明温度升高有助于致密性膜的形成,对基体的保护作用增强。3MPa200℃下所成膜覆盖条件下N80油套管钢在不同温度的阴极过程阻抗谱主要由高频容抗弧、低频容抗弧和Warburg阻抗共同组成,随着温度升高,扩散过程增强。