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恶劣环境油井管腐蚀机理与防护涂层研究

张智  
【摘要】:在一些地区,油气开采面临的环境越来越恶劣,特别是高含二氧化碳、硫化氢及元素硫等含硫组分的油气田的相继出现,使得油井管的腐蚀、结蜡、结垢、硫沉积和水合物等问题也越来越突出。油井管主要包括钻杆、油管、套管,本文的主要研究对象是油管和套管。油井管的工作环境十分恶劣,其使用寿命和性能严重影响勘探开发和油气田经营效益,对于含硫气田,还有可能导致重大安全事故和环境问题。所以对油井管的腐蚀机理和防腐蚀技术的研究显得十分重要。 在研究生学习期间,参加了国家“十五”重点科技攻关项目“中国油气田资源发展关键技术研究”内容中三级专题“高温高压防腐措施模拟实验及防腐对策研究”等项目的研究,对油井管腐蚀现状与腐蚀机理有较深入的认识。本文提出了科学合理的油井管腐蚀分类方法,发现流场诱导腐蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀以及相变诱导腐蚀是控制油井管腐蚀的主要环境因素。推导了恶劣环境油井管电化学腐蚀的热力学模型,编写了具有自主知识产权的油井管腐蚀预测软件。借助现代计算流体力学、腐蚀电化学的有关理论,建立了流场诱导腐蚀计算机模拟数学模型,并模拟某一特定流道结构中的流场分布,研究了流道结构与流场诱导腐蚀之间的协同效应。在此基础上,分析了导致API圆螺纹油管接头发生严重腐蚀的原因和机理,并提出了防止流场诱导腐蚀的解决办法。 参加了导师课题组的有关科研活动,参与开发了综合性能较高的MPS防腐涂层。目前工业上使用的涂层基本上是环氧酚醛类,在高分子领域属于普通高分子,为一种热固性树脂。MPS涂层为特种高分子材料,属于热塑性树脂,它可能成为新一代防腐涂层。通过对纳米材料及纳米技术的研究,在MPS涂层中添加了数种纳米材料,并从工艺上有效地解决了纳米材料的分散问题,使MPS涂层具有较高的抗腐蚀、防结蜡、防结垢性能。充分利用西南石油学院油气藏地质及开发工程国家重点实验室的现代测试设备,探索了MPS涂层的性能评价和微观结构观察的现代分析方法。使用扫描电镜(SEM)研究MPS涂层的微观结构、采用原子力显微镜(AFM)研究MPS涂层的纳米级微观结构、利用X'Pert Pro粉末X—射线衍射仪分析MPS涂层的成分。进行了高温高压环境下MPS涂层腐蚀模拟评价试验、MPS涂层抗硫化物应力腐蚀评价试验、MPS涂层附着力试验、MPS涂层抗冲击试验、MPS涂层耐冲蚀磨损性能试验。


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