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(duì)象，采用動(dòng)、靜態(tài)高溫高壓釜裝置進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)，并以SEM等現(xiàn)代分析手段及電化學(xué)測(cè)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(chǎn)物膜結(jié)構(gòu)性能。 本研究分為四個(gè)部分。 第一部分是利用高溫高壓釜裝置，對(duì)P110鋼的腐蝕形貌進(jìn)行系統(tǒng)研究，為CO<,2>腐蝕模型的建立和預(yù)測(cè)提供可靠的數(shù)據(jù)和信息。結(jié)果證明： (1)溫度對(duì)P110鋼高溫高壓CO

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

3、是有很明顯的空隙。腐蝕產(chǎn)物膜沒(méi)有起到很好的保護(hù)作用不足以抵消CO<,2>分壓本身對(duì)腐蝕的推動(dòng)力，因此腐蝕速率隨著CO<,2>分壓的增大而不斷增大。 (3)時(shí)間對(duì)P110鋼高溫高壓CO<,2>腐蝕產(chǎn)物膜的影響如下： 隨著腐蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕產(chǎn)物膜成階梯狀生長(zhǎng)，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(hù)性膜。 第二部分是P110鋼在飽和地層水中的CO<,2>腐蝕行為，結(jié)果證明：

4、 (1)P110鋼的腐蝕產(chǎn)物膜為雙層結(jié)構(gòu)，外層薄且松散，而內(nèi)層厚且緊湊。外層膜的主要成分是FeCO<,3>和少量的FeOOH；內(nèi)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(nèi)層膜中生成復(fù)鹽(Ca,Fe)CO<,3>。 (2)油管鋼表面的CO<,2>腐蝕產(chǎn)物膜能顯著的降低腐蝕速度，且電極反應(yīng)受腐蝕產(chǎn)物膜中離子擴(kuò)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(xué)行為。結(jié)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(hù)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(diǎn)蝕敏感性增加。溶液pH值對(duì)鈍化膜的電容有顯著影響。光電流測(cè)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(gòu)成。

6、 第四部分是P110鋼在飽和地層水介質(zhì)中的極化曲線(xiàn)和交流阻抗特征，為進(jìn)一步研究CO<,2>腐蝕機(jī)理提供理論模型。結(jié)果證明： (1)溫度、Cl<'->濃度對(duì)極化曲線(xiàn)的影響表現(xiàn)為： 溫度對(duì)腐蝕的影響主要體現(xiàn)在陰極行為上， 90℃時(shí)陽(yáng)極出現(xiàn)了“類(lèi)鈍化”行為，陰極腐蝕機(jī)理可能發(fā)生變化。 陽(yáng)極電流密度隨著掃描電位的增大而單調(diào)升高；隨著Cl<'->濃度的升高，局部腐蝕也越發(fā)嚴(yán)重，說(shuō)明Cl<'->加速了局部腐蝕。 (2

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