H2S/CO2共存聚合物钻井液中腐蚀产物膜分析

随着酸性气田的不断开采,其钻采环境中的腐蚀机理及井下管材的优选已成为研究的热点.通过室内高温高压腐蚀试验,并结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS),研究S135钻杆钢在H2S/CO2共存聚合物钻井液中气相与液相的腐蚀产物膜成分差异,探讨腐蚀机理.结果表明,S135钻杆钢气相和液相腐蚀速率都随温度升高和CO2分压增大而增加,气相腐蚀较液相严重,呈局部腐蚀形貌,气相腐蚀产物表面凹坑较大,液相腐蚀产物较为均匀且致密性强,以均匀腐蚀为主.气相和液相腐蚀产物膜中都含有C、O、S、Fe、Si五种元素,且腐蚀产物成分差别不大,主要成分为Fe3O4、FeS、α-FeOOH、FeS2,以及少量的Fe7S8和Fe3S4,此外在腐蚀产物膜表面还夹杂有硅酸盐物质.钻杆钢腐蚀主要来源于二氧化碳腐蚀、氧腐蚀、硫化氢腐蚀、单质硫腐蚀以及腐蚀产物膜与钢材本体间电偶腐蚀.     

X65钢在CO2/H2S介质中的高温高压腐蚀行为

利用高温高压釜,通过失重法、SEM、XRD以及电子探针进行微观结构分析,对90、120、150℃时X65钢在模拟油气田CO2/H2S环境中的腐蚀行为进行研究.结果表明:在实验条件下,X65钢发生严重的CO2/H2S腐蚀.随着温度的升高,腐蚀速率呈上升再下降的趋势(120℃时为最大值).表面都生成了FeCO3为主的腐蚀产物膜;CO2/H2S腐蚀的协同作用形成了钢表面独特的点蚀和台地腐蚀特征.CO2/H2S腐蚀是各种因素相互作用的结果.     

N80油管钢的CO_2高温高压腐蚀电化学行为与机理研究

在高温高压釜中模拟油气井腐蚀环境 ,采用电化学交流阻抗和动电位扫描极化曲线测试技术 ,研究了N80钢在温度为 10 0℃ ,CO2 分压为 1.18MPa条件下的腐蚀电化学行为和阳极与阴极反应机理 ,实时监测了腐蚀产物膜对腐蚀行为和腐蚀反应机理的影响 .研究结果表明 :N80钢的阳极反应过程服从Bockris机理 ;N80钢的阴极反应以H2 CO3的还原为主 ;反应中间产物吸附与腐蚀产物膜覆盖的竞争导致交流阻抗谱随腐蚀时间而变化 ,影响着钢的腐蚀行为 ,产物膜对钢基体具有一定的保护作用     

CO2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.     

集输管道CO2/油/水环境中X65钢的腐蚀特征

通过高温高压动态反应釜实验模拟油田集输管道腐蚀环境,采用腐蚀失重、X射线衍射、扫描电镜和电化学分析等方法,研究了CO2/油/水环境中X65钢的腐蚀行为.结果表明:不同原油含水率条件下,X65钢CO2腐蚀形态发生改变.含水率较低(40%~50%)时,原油的浸润作用使X65钢表面发生均匀腐蚀,局部由于原油吸附不均匀出现点蚀特征;含水率在70%~80%之间时,原油对钢表面屏障作用减弱,生成的产物膜厚而疏松、局部脱落引发台地腐蚀;含水率为90%时,台地腐蚀破坏区域扩大,腐蚀加重.原油可以明显改变腐蚀产物晶体颗粒大小、堆垛方式、产物膜结构以及化学成分.在原油的缓蚀作用下,X65钢CO2腐蚀过程的温度敏感点向低温段移动,出现在50℃左右,腐蚀速率降低区间变宽,X65钢耐蚀性增强.     

CO2环境介质下16Mn钢的高温高压腐蚀性能

利用高温高压釜,通过失重法、SEM、XRD以及电子探针微观结构分析等方法,对16Mn钢在3种不同高温条件下以及1 MPa分压的饱和CO2环境介质中的腐蚀性能进行研究.结果表明,在60、90、120℃下,16Mn钢发生严重的CO2腐蚀,表现出高的腐蚀速率,且伴有不同程度的点蚀、条状腐蚀特征.随着温度的升高,腐蚀速率呈下降再上升的趋势,90℃时最小,各温度下表面都生成了Fe3C为主的腐蚀产物膜。研究发现,Cl-为点蚀的"激发剂",并且在点蚀坑内富集,导致局部Cl-浓度差不同,形成电偶腐蚀,促进点蚀发生;腐蚀过程显示CO2腐蚀的局部腐蚀特征是各种因素相互作用的结果.     

管线钢在含硫化氢及高压二氧化碳饱和的NACE溶液中的腐蚀行为

利用高压釜研究了X60和X70钢在饱和H2S及CO2分压为2MPa的NACE溶液中高温高压腐蚀环境下的腐蚀行为．研究结果表明：1)在所研究的温度范围内,两种钢均表现出较高的腐蚀速率,且伴有不同程度的点蚀或蚀坑群,其中CO2引发点蚀,H2S会加速阴极和阳极的反应速率,造成严重点蚀．2)随着温度的升高,武钢X60的腐蚀速率呈上升→下降→上升的趋势,宝钢X70的腐蚀速率呈下降→上升→下降的趋势．3)两种钢的表面腐蚀产物膜结构主要为铁的硫化物．4)Cl^-为点蚀的“激发剂”,并且在点蚀坑内富集,导致局部Cl^-浓度差不同,形成电偶腐蚀,促进点蚀发生．     

新型2Cr1Mo2Ni钢在含二氧化碳油田采出液中的腐蚀行为

为弄清Mo和Ni元素在低Cr钢耐蚀方面所起的作用,炼制了新型2Cr1Mo2Ni钢,研究其在模拟油田采出液中的腐蚀行为,实验条件为80℃,0.8MPa CO2分压.利用扫描电镜和能谱分析研究了2Cr1Mo2Ni钢和3Cr钢的腐蚀产物膜微观形貌和成分,测试了高温高压极化曲线和电化学阻抗谱,分析了腐蚀产物膜的生长过程.实验结果表明,Mo和Ni元素在提高抗CO2腐蚀性能方面的作用不及Cr元素.2Cr1Mo2Ni钢腐蚀164h后,中低频感抗弧消失,腐蚀产物膜开始完全覆盖基体表面;腐蚀240h后,生成的腐蚀产物膜具有较好的保护性.     

海水中硫酸盐还原菌对09Cr2AlMoRE钢的腐蚀行为

采用动极化曲线、电化学交流阻抗谱(EIS)等电化学测试技术和化学浸泡法研究海水中硫酸盐还原菌(SRB)对09-Cr2AlMoRE钢的腐蚀行为.结果表明,SRB新陈代谢产物S2-与腐蚀产物Fe2+反应生成硫化铁,促进了09Cr2AlMoRE钢的阳极活性溶解.09Cr2AlMoRE钢的腐蚀产物呈絮状,颗粒粗大、疏松,分布不连续;杆状硫酸盐还原菌在钢表面局部富集、附着,细菌通过细胞外高聚物被腐蚀产物所包裹.09-Cr2AlMoRE钢在接菌海水中的腐蚀产物由FeS构成,其中硫元素含量高达8.29%.膜沉积处的FeS与附近的09-Cr2AlMoRE钢表面组成腐蚀电偶电池,而SRB的作用在于不断提供H2S以维持FeS的电化学活性,从而加速腐蚀.     

X70钢在高温高压二氧化碳酸性溶液中的腐蚀行为

利用高温高压釜,通过失重法、SEM、XRD以及电子探针微观结构分析等方法,研究X70钢在3种不同高温条件下及2 MPa分压的饱和CO2环境介质中的腐蚀行为.结果表明,在所研究的温度范围内,X70钢在CO2环境介质中表现出高的腐蚀速率;随着温度的升高,腐蚀速率呈上升再下降的趋势,120℃时为最大值;表面腐蚀产物膜的主要成分为Fe3C和FeCO3;CO2腐蚀的作用形成了钢表面点蚀、条状腐蚀特征,EPMA分析显示碳元素也呈条状分布;试样中沿轧制方向的两相对平行侧面的点蚀特征明显,而垂直于轧制方向的两相对平行侧面点蚀极少;CO2腐蚀是各种因素相互作用的结果.     

温度对3%Cr管线钢CO_2腐蚀产物膜的影响

经济型低Cr合金钢具有较好的抗CO2腐蚀性能,利用高温高压反应釜研究了3%Cr管线钢的CO2腐蚀行为,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等对腐蚀产物膜的微观形貌、化学成分以及结构进行分析,探讨了温度对3%Cr管线钢腐蚀产物膜的影响.结果表明,CO2分压0.8 MPa、液体流速1.0 m.s-1时,在40～140℃范围内,3%Cr管线钢均未发生局部腐蚀,其平均腐蚀速率呈先升高后降低的趋势,峰值温度在100℃左右.3%Cr管线钢的腐蚀产物膜具有两层结构:内层膜为致密的富Cr层(Cr富集程度可高达Cr/Fe=8/5),主要由含Cr化合物和非晶态FeCO3构成,并随着温度的升高,Cr富集程度增加,内层膜厚度降低;外层膜则由晶态FeCO3堆积而成.     

二氧化碳腐蚀研究进展

论述了碳钢和低合金钢的CO2腐蚀研究进展,着重讨论了CO2腐蚀机理及其影响因素,分析了CO2腐蚀的研究方向与发展趋势.CO2腐蚀影响因素主要包括环境因素、物理因素和冶金因素三类,CO2腐蚀研究的热点将集中在H2S、碳氢化合物相、缓蚀剂和醋酸等对CO2腐蚀的影响及CO2腐蚀预测等方面.     

CO2辅助蒸汽驱对四种钢的腐蚀性能影响模拟

CO₂辅助蒸汽驱是稠油开采的新型方式,但有关CO₂辅助蒸汽驱注气井中井下管柱CO₂腐蚀行为的研究较少。为此,利用高温高压釜模拟CO₂辅助蒸汽驱注气井筒工况,在CO₂分压为2 MPa,240 ℃的条件下,对4种常用的油套管钢进行了失重腐蚀挂片试验,得到了模拟工况下油套管钢的腐蚀速率,利用SEM观察了4种材质的微观腐蚀形貌,并采用SEM和EDS对4种管材的腐蚀产物进行了表征。结果表明,在实验条件下,4种材质的均匀腐蚀速率均小于油田的腐蚀控制指标（0.076 mm/a）;N80钢的腐蚀形态为均匀腐蚀,而3Cr、9Cr和13Cr钢的腐蚀形态为局部腐蚀;4种钢材的腐蚀速率均满足CO₂辅助蒸汽驱注气井筒腐蚀控制要求。     

湿H_2S环境中抽油杆用合金结构钢电化学腐蚀

在油气田腐蚀的诸多影响因素中,H2S是最常见和最有害的腐蚀介质.为了向油田选材和防腐实践提供理论依据,本文采用失重法和扫描电镜分析研究了抽油杆常用合金结构钢20CrMo,20Ni2Mo和35CrMo在不同浓度及温度下的H2S腐蚀行为.研究结果表明:(1)总体而言,随着H2S浓度的增加,材料的腐蚀速率均有所增加.但在100℃时20Ni2Mo对H2S浓度的变化不敏感,且在3种材料中平均抗腐蚀性能较好;在25℃时35CrMo材料在不同H2S浓度环境中具有较好的平均耐腐蚀性.(2)随着温度的升高,在3种材料的腐蚀速率有不同程度的提高.(3)在3种材料中,20CrMo的耐蚀性最差.     

不同CO_2压力下形成的N80钢腐蚀产物膜特征

对N80钢在不同CO2压力下进行高温、高压腐蚀实验,根据失重法计算N80钢的腐蚀速率,利用扫描电镜观察腐蚀产物膜的微观形态,分析腐蚀产物膜的厚度和Ca元素含量,利用电化学阻抗谱和极化曲线法测试了腐蚀产物膜的电化学性能,并对腐蚀产物膜与基体间的剪切强度进行了测试.结果表明,随CO2压力增加,N80钢腐蚀速率增大;腐蚀产物膜晶粒尺寸基本不变,膜中微观缺陷数量逐渐增多;腐蚀产物膜电阻和反应电阻呈逐渐增加的趋势;腐蚀产物膜与N80钢基体结合的剪切强度下降,促进了N80钢的腐蚀.     

大牛地奥陶系马五段硫化氢腐蚀机理与影响因素

为了解决大牛地气田硫化氢腐蚀严重问题,分析了硫化氢腐蚀机理以及影响腐蚀程度的因素。结合大牛地奥陶系马家沟组马五段地质条件以及硫化氢赋存条件确定该区域硫化氢形成的机理,为硫酸盐热化学还原反应;且该区域存在的大量石膏层为含硫化氢气体提供了良好的圈闭条件。硫化氢腐蚀模拟试验模拟了马五段地层水环境对N80钢和P110钢的腐蚀程度,P110钢的腐蚀程度较N80钢轻微,两者均属于极严重腐蚀。结合腐蚀表面微观形貌观测与腐蚀产物能谱分析得出:大牛地奥陶系马家沟组马五段硫化氢腐蚀机理为高温高压下CO2/H2S电化学腐蚀为主;并伴随有高Cl-破坏腐蚀产物膜加速腐蚀。硫化氢腐蚀影响因素分析得出温度和CO2含量增加会加速硫化氢腐蚀。     

硫化氢环境下氢扩散的影响因素

采用典型的电化学渗氢装置,对材料的化学成分、焊接和环境中CO2和NH4 的质量浓度、溶液的pH值对硫化氢应力腐蚀开裂中氢扩散行为的影响进行了研究.结果表明:金属中夹杂物数量、焊缝金属中空位和焊接缺陷使得氢扩散系数增加;在硫化氢环境中,氢扩散稳态电流随pH值的增加而降低,随着NH4 的质量浓度的增加而增加,且增加幅度随着pH值的增加而加大;CO2的质量浓度对氢稳态扩散电流的影响是随着pH值的变化而起着不同的作用,在低pH值条件下氢稳态扩散电流随着CO2的质量浓度增加而增加,在较高的pH值中氢稳态扩散电流随着CO2的质量浓度增加而减小.     

H_2S对1Cr18Ni9Ti在NaCl溶液中应力腐蚀的影响

研究H_2S对1Cr18Ni9Ti在NaCl溶液中应力腐蚀的影响。通过闭塞电池法和化学分析法,用不同浓度H_2S对多种浓度NaCl溶液进行条件试验,研究表明:溶液在中性和弱碱性的范围内,由于金属表面上生成一层较稳定的FeS膜,该膜对氯化物的应力腐蚀有一定延缓作用,随着介质不断酸化,FeS膜开始溶解,当FeS膜完全溶解后,硫化物对氯化物的应力腐蚀起促进作用。     

油套管用钢P110的CO_2腐蚀动力学研究

利用高温高压腐蚀试验及电化学原位测量技术,并辅以SEM、EDS和XRD等微观分析手段研究了油套管用钢P110在CO2分压为2 MPa、温度为100℃的3.5%NaCl水溶液中的腐蚀失重、界面反应电化学特性、腐蚀产物膜的微观形貌、成分和结构特征,探讨了油套管用钢CO2腐蚀动力学.研究结果表明:油套管用钢P110的CO2腐蚀产物为FeCO3;随腐蚀时间的延长及腐蚀产物膜的形成,平均腐蚀速率逐渐降低、趋势变缓,产物膜生长满足抛物线生长规律;腐蚀产物晶粒逐渐长大并堆垛紧密,逐渐成膜覆盖于金属表面,膜厚先增加后逐渐趋于稳定,对基体保护能力增强;不同腐蚀时间交流阻抗图谱(EIS)的拟合结果表明,极化电阻随着腐蚀时间增加逐渐增大,电极反应由最初的活化控制变为扩散控制.     

3Cr低合金管线钢及焊接接头的CO_2腐蚀行为

采用高温、高压反应釜和电化学技术对3Cr低合金管线钢及焊接接头的CO2腐蚀行为进行研究.结果表明,3Cr低合金管线钢在高温、高压CO2腐蚀环境中表面生成致密的富Cr腐蚀产物膜,这是其抗CO2腐蚀性能优于X65钢的主要原因.3Cr低合金管线钢焊接接头中母材、热影响区和焊缝的腐蚀产物膜特征相似,结构致密,均存在Cr元素的富集.与X65钢相比,3Cr低合金管线钢的自腐蚀电位较正,自腐蚀电流密度较低.在CO2腐蚀介质中,3Cr低合金管线钢焊接接头的母材区域作为阳极首先发生腐蚀,焊缝和热影响区作为阴极受到保护.