P110鋼CO-,2-腐蝕行為研究.pdf

1、本論文以典型含CO<,2>油田為背景，以P110油套管鋼為研究對象，采用動、靜態(tài)高溫高壓釜裝置進行腐蝕試驗，并以SEM等現(xiàn)代分析手段及電化學測試方法，研究了P110油套管鋼的CO<,2>腐蝕、土壤腐蝕及其腐蝕產物膜結構性能。 本研究分為四個部分。 第一部分是利用高溫高壓釜裝置，對P110鋼的腐蝕形貌進行系統(tǒng)研究，為CO<,2>腐蝕模型的建立和預測提供可靠的數(shù)據(jù)和信息。結果證明： (1)溫度對P110鋼高溫高壓CO

2、<,2>腐蝕產物膜的影響如下： 溫度較低時P110鋼的腐蝕進行較緩慢，腐蝕產物膜比較疏松；隨著溫度的升高，腐蝕加劇，腐蝕產物膜的厚度和致密性都增加。由于腐蝕產物膜主要是鈣鐵鎂的碳酸鹽，晶體結構的不規(guī)整性，腐蝕產物膜雖厚但孔洞較多。 (2)壓力對P110鋼高溫高壓CO<,2>腐蝕產物膜的影響如下： 當CO<,2>分壓較低時，腐蝕產物膜不夠完整，保護性不好。隨著CO<,2>分壓的增大，表面沉積的腐蝕產物越來越多，但還

3、是有很明顯的空隙。腐蝕產物膜沒有起到很好的保護作用不足以抵消CO<,2>分壓本身對腐蝕的推動力，因此腐蝕速率隨著CO<,2>分壓的增大而不斷增大。 (3)時間對P110鋼高溫高壓CO<,2>腐蝕產物膜的影響如下： 隨著腐蝕時間的延長，腐蝕產物膜成階梯狀生長，膜層慢慢變厚。但是，附著力較低，且有缺陷，加之液相流的沖刷作用，難以形成致密的保護性膜。 第二部分是P110鋼在飽和地層水中的CO<,2>腐蝕行為，結果證明：

4、 (1)P110鋼的腐蝕產物膜為雙層結構，外層薄且松散，而內層厚且緊湊。外層膜的主要成分是FeCO<,3>和少量的FeOOH；內層膜的主要成分也是FeCO<,3>，少量Ca取代了FeCO<,3>晶格中的部分Fe的位置，在內層膜中生成復鹽(Ca,Fe)CO<,3>。 (2)油管鋼表面的CO<,2>腐蝕產物膜能顯著的降低腐蝕速度，且電極反應受腐蝕產物膜中離子擴散控制，這使得在阻抗譜中出現(xiàn)Warburg抗弧。 第三部分

5、是在模擬P110鋼在土壤環(huán)境中的腐蝕電化學行為。結果證明： P110鋼在模擬土壤環(huán)境中可以形成一層鈍化膜，此層鈍化膜可以起到保護基體的作用。膜的電容和施主密度隨著Cl<'->濃度的增加而增加，基體點蝕敏感性增加。溶液pH值對鈍化膜的電容有顯著影響。光電流測試表明膜由γ-Fe<,2>O<,3>和Fe<,3>O<,4>組成。由XPS分析可知，鈍化膜是由Fe<,2>O<,3>，F(xiàn)e<,3>O<,4>和少量的?-FeOOH構成。

6、 第四部分是P110鋼在飽和地層水介質中的極化曲線和交流阻抗特征，為進一步研究CO<,2>腐蝕機理提供理論模型。結果證明： (1)溫度、Cl<'->濃度對極化曲線的影響表現(xiàn)為： 溫度對腐蝕的影響主要體現(xiàn)在陰極行為上， 90℃時陽極出現(xiàn)了“類鈍化”行為，陰極腐蝕機理可能發(fā)生變化。 陽極電流密度隨著掃描電位的增大而單調升高；隨著Cl<'->濃度的升高，局部腐蝕也越發(fā)嚴重，說明Cl<'->加速了局部腐蝕。 (2

7、)溫度、Cl<'->濃度對交流阻抗的影響表現(xiàn)為： Cl<'->濃度對P110鋼交流阻抗陽極過程的影響表現(xiàn)為，Cl<'->濃度較低時，陽極阻抗譜圖由單容抗弧構成；隨著Cl<'->濃度的增加，容抗性質在交流阻抗譜中疊加。 Cl<'->濃度對P110鋼交流阻抗陰極過程的影響表現(xiàn)為，陰極交流阻抗譜由容抗弧和Warbura阻抗構成，表明陰極還原機制是H<,2>CO<,3>和HCO<,3><'->的還原反應和H<'+>的還原共同作用