P110套管钢在模拟油田采出水中的CO2腐蚀行为研究
在油气田的开发生产中，油井、管道和储罐等各种工艺设备都在遭受严重的腐蚀，不仅存在重大的安全隐患，造成巨大的经济损失，而且会造成严重的资源浪费和环境污染。油气田环境腐蚀主要来自油田采出水对设备的腐蚀。水是油气生产过程中的伴生产物，水的存在使得介质中溶解大量的腐蚀性离子和气体，很大程度地增强了介质的腐蚀性，再加上油气开采过程中高温、高压等条件，使得腐蚀进一步加剧。由于优良的综合性能，P110钢成为油气田套管钢的常用材料之一。P110钢在油气田环境中也面临着很严重的腐蚀问题，所以本文针对P110套管钢，研究其在模拟油田采出水中的CO2腐蚀行为。 本文主要采用失重挂片法、极化曲线、电化学交流阻抗、电化学频率调制、耦合多电极并结合扫描电镜、X射线衍射等表面分析手段，研究温度、CO2分压等因素对P110钢在模拟油田采出水中腐蚀行为的影响。失重挂片实验在高压釜中进行，得到P110钢在不同温度、不同二氧化碳分压下的腐蚀规律，分别控制温度为40、60、80、90和110℃，二氧化碳分压为0.5、1.0、2.5和4.0 MPa，总压为5.0 MPa。在60和90℃条件下采用电化学方法进一步研究其均匀腐蚀和局部腐蚀的机理。最后研究缓蚀剂在含有二氧化碳的油田采出水中腐蚀对P110钢的缓蚀效果。 研究结果表明: P110钢在40～110℃，CO2分压0.5～4.0 MPa的条件下，腐蚀速率随着温度增加呈现先增大后逐渐减小的变化趋势，并在60℃时腐蚀速率出现最大值，最大腐蚀速率达到7.0241 mm/a;随着CO2分压的增大，腐蚀速率呈现逐渐增大的趋势，但是当温度低于60℃时，腐蚀速率增大明显，当温度高于80℃时，腐蚀速率增大的趋势减缓，CO2分压的影响减小。 在不同的条件下，P110钢的腐蚀行为也有所不同，当温度低于80℃时，P110钢主要以均匀腐蚀为主;当温度高于90℃时，P110钢表面开始出现明显的小孔腐蚀。本文在60℃条件下研究了P110钢的均匀腐蚀行为，实验结果发现，在浸泡初期腐蚀速率先增大，随着浸泡时间推移，腐蚀速度逐渐减小，电极表面生成疏松的FeCO3腐蚀产物膜。腐蚀过程的阳极反应主要是铁的溶解，阴极反应主要是碳酸的还原反应和H+的还原。在90℃条件下研究了P110钢的局部腐蚀行为，结果显示P110钢的腐蚀速率随时间逐渐减小，电极表面的腐蚀产物为Fe2O3，并含有少量的Mg3Ca(CO3)4。腐蚀的前期还是以均匀腐蚀为主，其阳极反应仍然为铁的阳极溶解，阴极反应为碳酸和H+的还原，腐蚀12h后，由于表面腐蚀产物膜的改变，不完整的腐蚀产物膜造成了局部腐蚀。电化学频率调制法和耦合多电极法能很好地监测局部腐蚀，得到与其他方法相吻合的结果。两种测试结果显示，P110钢在12h之后开始发生局部腐蚀，而且在金属的表面上存在明显的阴极点和阳极点，加剧局部腐蚀的发展。 本文所选用的1∶1咪唑啉双季铵盐-硫脲复配缓蚀剂能够有效地抑制P110钢在模拟油田采出水中的腐蚀，在60℃时缓蚀率达到95.31％，90℃时缓蚀率虽然有所下降，但是能很好地抑制P110钢的局部腐蚀。
油田工程;套管钢;腐蚀行为;二氧化碳
中国海洋大学
硕士
海洋化学
杜敏
2015
中文
TE973
80
2016-03-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）