油田采出水中80S钢和N80钢的H_(2)S/CO_(2)电化学腐蚀行为研究

运用腐蚀失重和电化学测试技术研究80S钢和N80钢在含H 2S/CO_(2)的油田采出水中的电化学腐蚀行为。结果表明:在模拟CO_(2)/H_(2)S的腐蚀环境中,温度是影响腐蚀速率的一大因素,80S钢和N80钢的腐蚀速率随着温度的升高而增大。两种材料表面均发生均匀腐蚀,但N80钢表面的腐蚀程度更严重,主要是由于Cr元素可以显著提高腐蚀产物膜对金属的保护;两种材料的腐蚀电位均随着温度的升高而负移,腐蚀电流密度增大,在不同试验条件下80S钢的腐蚀电流密度均小于N80钢,表明80S钢比N80钢具有更好的抗腐蚀能力。两种材料在25℃时具有中高频区的容抗弧和低频区的感抗弧,在50℃和75℃时具有中高频区的容抗弧和低频区的Warburg阻抗,且Warburg阻抗随温度的升高表现出更明显的扩散特征。随着温度的升高,两种材料的电荷传递电阻R_(t)不断减小,Warburg阻抗的Z_(w)也减小,温度越高生成的腐蚀产物膜对金属表面的保护性能越好,80S钢比N80钢生成腐蚀产物膜的致密性更好。

N80油套管钢在模拟地下超临界CO_(2)环境中的腐蚀行为

通过模拟腐蚀试验和电化学测试,分析了N80油套管钢在地下超临界CO_(2)环境(温度81.7℃,压力为52.3 MPa)中的腐蚀速率、腐蚀形貌和电化学行为。结果表明:该钢的腐蚀速率随着试验时间的增加而增大,当时间由800 h增长至1000 h时,点蚀速率由1.470 mm/a增大至1.782 mm/a;不带腐蚀产物层试样的腐蚀电流密度随时间延长呈缓慢增大的变化趋势,在0~800 h时,带腐蚀产物试样的腐蚀电流密度小于不带腐蚀产物试样,但当时间由800 h延长至1000 h时,带腐蚀产物试样的腐蚀电流密度由36.99μA/cm^(2)瞬间增大到67.53μA/cm^(2),Tafel常数比值也呈现相同的变化特点;随着模拟腐蚀试验时间的增大,电荷转移电阻减小,腐蚀产物层的保护作用逐渐消失,时间常数由两个变为一个,并且有无腐蚀产物试样的相位角峰值基本相等,低频相位角特征说明带腐蚀产物层试样的表面腐蚀产物的生成与破裂过程更为剧烈。

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。

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

含1%Cr的N80钢CO_2腐蚀产物膜特征

在模拟油田CO2 腐蚀环境下 ,研究了含 1%Cr的N80钢腐蚀产物膜的特征 .结果表明 ,试验条件下Cr会在腐蚀产物膜中富积形成非晶态的Cr(OH) 3 .含 1%Cr的N80油套管钢CO2 腐蚀产物膜是由FeCO3 晶体与Cr(OH) 3混合构成 ,导致腐蚀产物膜具有阳离子选择性 ,使阳极反应受到抑制 ,腐蚀速率降低 .腐蚀介质中的阴离子会穿过FeCO3 晶体到达膜与基体界面 ,腐蚀基体金属 ,导致点蚀发生 .

H_2S分压对N80油套管钢CO_2环境下应力腐蚀开裂的影响

利用U形弯试样浸泡试验和电化学技术研究了N80钢在不同H2S分压的CO2环境下的应力腐蚀开裂(SCC)行为与机理。结果表明:N80油套管钢在CO2-H2S环境下存在一定的应力腐蚀敏感性;随H2S分压的升高,N80钢的腐蚀电流和应力腐蚀敏感性都先增大后减小,H2S分压为0.2 MPa时,应力腐蚀敏感性最大;N80钢在CO2-H2S环境下裂纹初期以沿晶开裂(IGSCC)为主,随裂纹扩展转变为沿晶开裂与穿晶开裂混合(TGSCC)的扩展模式,SCC机制为阳极溶解(AD)与氢脆(HE)协同机制。

模拟油田H_2S/CO_2环境中N80钢的腐蚀及影响因素研究

模拟实际含H_2S/CO_2高温高压井下多相腐蚀环境,研究了不同腐蚀影响因素对N80钢的作用规律。结果表明:在所研究的参数范围内,材料表现出较高的均匀腐蚀速率,且伴有不同程度的局部腐蚀。当其他条件保持相同时,随H_2S含量的增加,材料的腐蚀速率先增加后降低;当介质中CO_2含量增加时,腐蚀速率则是单调增大趋势;Ca^(2+)、Mg^(2+)的影响与CO_2类似,而Cl^-的影响则与H_2S具有基本相似的规律。在H_2S/CO_2混合介质中,N8O钢的腐蚀行为受各因素的交互影响,且影响程度不同,各因素作用由大到小依次是:H_2S含量、Ca^(2+)、Mg^(2+)含量、Cl^-浓度和CO_2含量。

N80油套管钢CO_2腐蚀阴极过程电化学阻抗谱分析

利用电化学阻抗(EIS)技术研究了N80钢在不同介质条件下CO2腐蚀过程中可能存在的阴极反应及其反应速度.结果表明,N80钢在CO2腐蚀环境下存在H+和H2O以及H2CO3,HCO3-的还原反应,但在不同条件下各个还原反应的速度并不相同.在酸性的饱和CO2溶液中,H+的还原控制着阴极反应速度, HCO3-和H2CO3的还原反应速度较小;在中性的饱和CO2溶液中,阴极过程以HCO3-和H2CO3的还原为主,H+的还原反应速度比较微弱;在碱性的NaHCO3溶液通入CO2后,HCO3-的还原控制着阴极反应速度.在以上条件下, H2O的还原速度比较微弱,还不会对阴极交换电流产生影响.

N80钢动态和静态CO_2腐蚀行为对比研究

通过模拟油气田井下腐蚀环境进行CO2 腐蚀试验 ,研究N80油井管钢在动态和静态条件下的腐蚀行为 .结果表明 :在所模拟的油田腐蚀环境中 ,N80钢在静态条件下的平均腐蚀速率略高于动态条件下的平均腐蚀速率 ,而其局部腐蚀在动态条件下则比静态时严重得多 ,检测到的最大腐蚀速率达到了 3 5mm/a,这和试样表面腐蚀产物膜的破损有关 .O、C、Cl-在坑内富集 。

N80钢在模拟深层气井水溶液中的CO_2腐蚀行为

利用高压釜、扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)等手段,研究了温度、CO2分压、Cl-浓度、pH值和流速等因素对N80钢在模拟深层气井水溶液中腐蚀行为的影响.结果表明,温度对腐蚀速率的影响很大,随着温度的升高,腐蚀速率先增大后减小,80℃时腐蚀速率达到最大值,生成的腐蚀产物主要为FeCO3;降低溶液pH值、增加溶液中的Cl-浓度、提高CO2分压以及介质的流速,均加剧了N80钢的腐蚀.

N80抗硫油管钢在含CO_2、微量H_2S及高浓度Cl^-腐蚀介质中的腐蚀行为

用失重法、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)及X射线衍射能谱(XRD)对N80抗硫油管钢在CO2、微量H2S及高浓度Cl-条件下的腐蚀行为进行了研究.结果表明,在本实验条件下,腐蚀反应以H2S腐蚀为主;在膜的形成过程中FeS腐蚀产物膜优先形成,并进一步阻碍具有良好保护性的FeCO3腐蚀产物膜的形成;腐蚀产物膜疏松、平均腐蚀速率较大,且有轻度局部腐蚀发生;溶液中高浓度的Cl-及材料中高含量的Cr元素会使N80抗硫钢局部腐蚀倾向加大.

N80油套管钢应力状态下的CO_2腐蚀行为研究

利用交流阻抗技术研究了拉伸、压缩和弯曲三种应力状态下N80油套管钢在饱和CO2地层水中的腐蚀过程.结果表明,三种状态下的阳极电化学阻抗谱均出现了高频容抗弧、中低频感抗弧和低频容抗弧三个时间常数,其中高频容抗弧与双电层电容和传递电阻有关,感抗弧对应膜的活性溶解,低频容抗弧与试样表面膜的生成有关.随着三种状态下应变的增加,感抗弧逐渐扩大,而低频容抗弧则逐渐缩小,表明应力状态下N80钢的CO2腐蚀会加剧.三种状态下的阴极阻抗谱高频均由容抗弧组成,中低频由Warburg阻抗和容抗弧共同组成,三种状态下随着应变程度的增加,Warburg阻抗增加,反应电阻减小,双电层电容减小,说明应力会加速阴极反应过程的进行,从而增加N80钢的CO2腐蚀速率.

N80钢CO_2腐蚀产物膜在水/砂两相流介质中的磨损性能

采用高温高压静态釜对N80油套钢在CO2中的腐蚀行为进行了模拟腐蚀试验;利用自制的磨损试验装置对比分析了腐蚀产物膜在水/砂两相介质中的磨损性能同成膜温度、CO2压力、流速及砂粒度之间的关系;用扫描电子显微镜分析了N80钢表面CO2腐蚀产物膜及其磨损表面形貌,用表面形貌仪测定了磨损试验前钢表面CO2腐蚀产物膜的粗糙度.结果表明:成膜温度和压力对钢表面腐蚀产物膜的表面粗糙度具有显著影响;N80钢表面CO2腐蚀产物膜磨损表面形貌沿深度方向存在差异,对应的抗磨性能亦有所不同;两相介质中的砂粒度越大或流体相对流速越大,则腐蚀膜的磨损越剧烈.

温度对N80钢在CO_2/O_2共存环境中腐蚀行为的影响

采用高温高压反应釜、失重法、X射线衍射法、扫描电镜观察及能谱分析等方法研究了N80钢在CO2与O2共存环境中不同温度下的腐蚀行为。结果表明,在CO2与O2共存环境中,N80钢的腐蚀速率随温度的升高呈现先急剧增大后缓慢减小的趋势,在90℃时腐蚀速率最大。XRD结果表明,三个温度条件下腐蚀产物均由FeCO3,Fe3O4和Fe2O3多种腐蚀产物共同组成。在低温时,N80钢表面主要由FeCO3紧密地覆盖在试样表面,阻碍腐蚀过程的进行;随着温度的升高,腐蚀产物中氧化物逐渐增多,且疏松多孔,保护作用减弱;温度达到120℃时,高温氧化铁产物逐渐变得致密,具有一定保护作用。

CO_2分压对N80钢腐蚀产物膜保护性能的影响

利用高温高压釜对N80钢进行了两种温度、不同CO2分压下的腐蚀实验.测量了腐蚀速率,观察了腐蚀产物膜的宏观形貌及去除腐蚀产物膜后金属基体的表面状态,用扫描电镜(SEM)观察了腐蚀产物膜的微观形貌并测量了膜的厚度,对在不同条件下成膜的N80钢进行了电化学极化曲线与交流阻抗谱(EIS)分析.结果表明CO2分压升高,腐蚀产物膜保护性能提高,但由于介质的腐蚀性增强,腐蚀速率上升;膜局部缺陷是导致金属基体表面点蚀的主要诱因,CO2分压升高有利于减少65℃时膜表面的局部缺陷;在90℃下腐蚀产物膜的保护性能比65℃下对CO2分压的变化更为敏感.

N80钢的高温高压CO_2腐蚀电化学特性研究

运用电化学测量技术研究N80油管钢在高温高压模拟油田现场腐蚀环境中的CO2 腐蚀电化学行为。研究结果表明 :在腐蚀的开始阶段 ,反应主要受活化控制。随着反应的进行 ,腐蚀产物不断在金属表面沉积 ,腐蚀电动势和电流密度越来越小 ,扩散传质过程的影响随之增大。当腐蚀反应时间超过 72h后 ,电极腐蚀过程趋于稳定 ,此时 ,反应受活化和扩散共同控制。