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两种典型介质中P110钢的腐蚀行为研究

刘长利  
【摘要】:随着油田生产时间的增长,油田环境变得越来越复杂,套管油管的腐蚀越来越严重。P110钢是一种常用的套管油管钢,所使用的工作介质钻井液及三元复合驱(ASP)溶液具有一定的腐蚀性。国内外目前对P110钢在两种溶液中的腐蚀行为研究报导的不多,因此深入研究P110钢在钻井液及ASP溶液中的腐蚀行为并分析腐蚀机理,对于P110钢的合理使用及实施有效的防腐措施具有重要的理论意义和实用价值。 本文选用油田常用的套管油管P110钢作为基材,通过测试其动电位极化曲线、线性极化及电化学阻抗谱等腐蚀电化学参数,系统地研究了P110钢在不同钻井液和不同ASP溶液中的腐蚀行为,分析了不同含盐钻井液浓度、不同温度及不同种类阳离子对P110钢腐蚀行为的影响。研究了不同ASP溶液浓度、不同ASP组分、不同温度及ASP各组分含量不同时对P110钢腐蚀行为的影响规律。通过静态挂片腐蚀实验,并借助扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等对腐蚀形貌及产物进行分析测试,确定P110钢在两种介质中的腐蚀机理。 结果表明:在含NaCl钻井液中,P110钢的腐蚀速率随着温度升高而增大(最高80℃)。钻井液中NaCl浓度与耐蚀性间则存在一临界值,当NaCl浓度达到3%时,腐蚀性最强。不同种类的阳离子对P110钢腐蚀具有不同抑制作用,Ca2+、Mg2+离子可以在P110钢表面形成致密且附着力高的腐蚀产物提高了P110钢的耐蚀性。在含三种不同阳离子的饱和钻井液中腐蚀速率为:vNaClvMgCl2vCaCl2。在ASP溶液中,P110钢的耐蚀性敏感于三元复合驱的组分。P110钢腐蚀速率按ASP、AS、A、AP(?)顺序依次增强。P110钢在弱碱ASP溶液中的耐蚀性随其ASP浓度的增加而增加,在强碱ASP溶液中稍不同。强碱ASP的浓度可以显著改变P110钢在ASP溶液中的腐蚀行为。P110钢在强碱ASP溶液中处于不稳定状态,存在多个自腐蚀电位。当强碱ASP浓度低于实验浓度D(A:0.6%,S:1000 mg/L,P:800 mg/L)时,只有一个自腐蚀电位;当浓度介于D和E(A:1.0%,S:1200 mg/L,P:1000mg/L)之间时,出现三个自腐蚀电位;当浓度高于E时,出现两个自腐蚀电位。P110钢在弱碱和强碱ASP溶液中具有不同的腐蚀行为,在强碱ASP溶液中钢表面形成钝化区域较宽的钝化膜,这层钝化膜对基体的保护能力稍高于其在弱碱ASP溶液(高浓度)中形成的钝化膜。表面活性剂的加入对P110钢在两种ASP溶液中的腐蚀行为具有相似的规律,腐蚀抑制作用随表面活性剂浓度的增加逐渐增强。聚丙烯酰胺浓度与耐蚀性存在一临界值,耐蚀性随其浓度增加至临界值(≤800 mg/L),当其浓度高于临界值时,耐蚀性反而降低。随温度的增加,P 110钢在强碱或弱碱ASP溶液中的耐蚀性均降低。 静态挂片腐蚀实验所计算的腐蚀速率与电化学腐蚀实验结果相一致。用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对腐蚀形貌进行观察分析可知,在含NaCl钻井液中,P110钢表面腐蚀产物的形成与含NaCl的浓度密切相关。随着NaCl浓度的增大,P110钢的平均腐蚀速率呈现先增大后减小的趋势,且在浓度为3%时,腐蚀速率最大。腐蚀产物的数量和形态对腐蚀过程有重要影响,细小致密的腐蚀产物膜阻滞氧的扩散速度,起到氧扩散势垒的作用,可以进一步抑制基体腐蚀的发生。P110钢在含3%NaC1的钻井液中的腐蚀产物,能谱结果表明主要元素为:Fe、O、C、Cl和Cr等。X射线衍射仪(XRD)测定腐蚀产物主要为Fe304。


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