高温高Cl-含量环境中H2S/CO2分压对超级双相不锈钢UNS S32750点蚀行为的影响

在高温、高Cl~-含量及不同H_2S/CO_2分压条件下对超级双相钢UNS S32750进行了腐蚀浸泡试验,并采用失重法、激光共聚焦显微镜、X-射线光电子能谱(XPS)分析了超级双相不锈钢UNS S32750的均匀腐蚀速率、点蚀形貌和表面钝化膜组成。结果表明:在试验条件下当H_2S/CO_2分压不大于30kPa/150kPa时,超级双相不锈钢UNS S32750具有良好的耐均匀腐蚀和点蚀性能;但当H_2S/CO_2分压为100kPa/500kPa时,H_2S造成了钝化膜的局部破坏,引发阳极性溶解,使超级双相不锈钢UNS S32750发生点蚀;钝化膜主要由FeS_2、NiO、NiS、Cr_2O_3及Fe(OH)_2组成。     

油管钢在CO_2/H_2S环境中的腐蚀产物及腐蚀行为

对CO_2/H_2S环境中常规油管钢的腐蚀产物的已有研究成果进行了归纳分析,结果表明,在100℃附近,CO_2/H_2S共存环境中,油管钢表面形成的FeS膜的保护性优于FeCO_3,对金属腐蚀有抑制作用。总结出了油管钢的两类分压比规律:第一类分压比,体系中的CO_2分压保持不变,逐渐增加H_2S的分压,腐蚀速率会出现极值;第二类分压比,体系中的H_2S分压保持恒定,腐蚀速率会随着CO_2分压的升高而增加。这对于进一步完善CO_2/H_2S腐蚀理论以及油气田合理选择油套管材料均有一定指导意义。     

不同温度下H2S/CO2腐蚀产物膜对T95套管腐蚀行为的影响

目的探究不同温度下H_2S/CO_2腐蚀产物膜对T95钢腐蚀行为的影响。方法将T95油管钢切割成15 mm×10 mm×3 mm的规格,表面经抛光打磨后,利用千分尺测量具体尺寸,用AR2140电子天平称量。试片分别垂直置于上支架与下支架,下支架平稳放入釜底,而后加入模拟地层水,确保实验介质浸没下支架试样而不与上部挂片试样接触。在气密性良好的基础上连续2 h通入N_2除氧,而后顺序通入H_2S、CO_2和N_2,并升温升压至实验要求。72 h后将试样从气、液相中取出,分别取样采用电子显微镜观察腐蚀产物膜的微观形态,并利用X射线能谱仪分析腐蚀产物膜的成分,并计算去除腐蚀产物后试样在气相/液相中的腐蚀速率。结果 T95试件在H_2S/CO_2的液相环境中的腐蚀速率整体比气相环境大,这可能是因为液相腐蚀产物膜较气相腐蚀产物膜疏松。温度对H_2S/CO_2腐蚀产物膜的形成具有重要影响,随着温度的升高,H_2S/CO_2腐蚀产物膜逐渐变厚,但成膜效果变差,高温下的腐蚀产物膜具有一定保护作用而使得腐蚀速率增大的幅度变缓。T95钢腐蚀产物膜的主要成分是FexSy系列化合物和FeCO_3,同时还形成Cr(OH)_3和Cr_2O_3非晶态产物,这些产物起到了阻隔阴离子穿透腐蚀产物膜的作用,使与金属基体界面接触的阴离子溶度降低,抑制了金属基体的阳极反应而减小腐蚀速率。而形成的腐蚀产物膜,造成界面反应的时间常数和Rt值明显增大,一定程度上阻碍腐蚀的继续发展。结论温度对H_2S/CO_2腐蚀产物膜的形成具有重要影响,H_2S/CO_2腐蚀产物膜随着温度的升高逐渐变厚,但成膜效果变差,温度大于120℃时,腐蚀产物膜具有一定的保护作用而使得腐蚀速率增大的幅度变缓。     

80SS钢在模拟气井井筒环境中的腐蚀行为

通过高温、高压腐蚀模拟试验和腐蚀理论分析,研究了某气田气井井筒材料80SS钢在不同H_2S分压(0.005～0.1MPa)、CO_2分压(0.1～1.0 MPa)及温度(30～90℃)下的腐蚀规律。结果表明:在CO_2分压为1.5MPa,温度为80℃条件下,随着H_2S分压的增大,80SS钢的腐蚀速率由1.69mm/a降低至0.12mm/a,当H_2S分压为0.1MPa时,试样表面出现细小的点蚀坑;当H_2S分压为0.01 MPa,温度80℃时,随着CO_2分压的增大,80SS钢的腐蚀速率增大,发生极严重腐蚀;当温度由30℃升高至90℃,80SS钢的腐蚀速率由0.24mm/a逐渐增大至0.98mm/a,腐蚀产物晶粒变大,试样表面腐蚀产物覆盖不完全,逐渐出现局部腐蚀风险。     

后注浆灌注桩的管道在不同模拟环境中的耐蚀性研究

以后注浆灌注桩用13Cr钢管为研究对象,研究了在不同温度、不同CO_2分压和不同Cl~-浓度下钢管的腐蚀行为,并分析了其腐蚀机理。结果表明,在温度为180℃、CO_2分压为3MPa以及Cl~-浓度为100000mg/L时,钢管的腐蚀速率达到最大0.08 mm/a时,仍然保持着良好的耐腐蚀性能;Cr元素主要以Cr_2O_3形式存在于表面钝化膜中,在表面富集Cr_2O_3后可有效降低腐蚀速率。     

L360钢在H_2S/CO_2共存体系中的腐蚀行为及腐蚀预测模型

以H_2S分压、CO_2分压、温度和流速为变量,采用高温高压反应釜模拟了L360天然气管道的腐蚀过程。进行了9组正交试验,采用SEM、EDS、XRD表征腐蚀产物。结果表明:当CO_2/H_2S分压比为33～300时,腐蚀产物主要为FeS,反应由H_2S主导且以均匀腐蚀为主,各影响因素排序为H_2S分压温度流速CO_2分压。建立了H_2S/CO_2分压比为33～300的腐蚀预测模型,考虑上述4个因素的影响,并采用MATLAB多元线性回归求得各参数值,验证可知建立的腐蚀预测模型精确度较好。     

Fe_2O_3 H_2S腐蚀产物的XPS研究

模拟含硫原油加工过程中生成的具有高自燃性的腐蚀产物,利用Fe_2O_3与H_2S反应制备硫铁化合物,将硫化反应产物分为两部分,一部分保存在乙醇中,一部分暴露于空气中。用XPS研究硫化产物及其氧化产物中S和Fe的存在形态。结果表明,硫化产物中S主要存在形式是FeS_2;氧化产物中S主要存在形式是硫酸盐,少部分FeS、单质硫及FeSx。硫化产物和氧化产物中Fe的主要存在形式都是Fe_2O_3和FeS_2。     

油管钢在模拟超临界CO2中耐蚀特性的研究

目的研究普通碳钢P110、3Cr、普通马氏体不锈钢13Cr和超级马氏体不锈钢HP2-13Cr钢在某油井超临界CO_2环境中的耐蚀特性。方法模拟该高温高压高含CO_2且含Cl–油井的腐蚀环境,采用高温高压反应釜对上述四种油管钢进行挂片实验,借助高精度天平、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线能谱(EDS)从平均腐蚀速率、清理腐蚀产物后试样的表观特征、腐蚀产物的表面形貌和化学成分及腐蚀机制方面分析其抗均匀腐蚀与抗点蚀特性。结果在CO_2分压达12 MPa,110℃,Cl–质量浓度为16 542 mg/L的典型环境,P110,3Cr油管钢的平均腐蚀速率分别为5.625,2.992 mm/a;13Cr为0.155 mm/a,有点蚀发生,HP2-13Cr则为0.003 mm/a,且为均匀腐蚀,HP2-13Cr能满足模拟腐蚀环境的使用要求。结论在上述超临界CO_2环境,碳钢P110与3Cr在基体表面不存在Cr的富集,耐蚀性差;马氏体不锈钢13Cr和超级马氏体不锈钢HP2-13Cr因基体表面能生成致密的钝化膜,则表现出相对优良的耐蚀性,但两者的合金元素Ni,Mo含量不同,造成了对两者抗均匀腐蚀与抗点蚀性能的显著差异。     

氯离子浓度和温度对Cr3钢CO_2/H_2S腐蚀的影响

研究了25℃下不同Cl~-浓度和5g/L Cl~-浓度下不同温度对Cr3钢CO_2/H_2S腐蚀的影响。通过极化试验、失重试验、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)等方法分析了腐蚀速率和腐蚀产物的形貌、成分和结构。结果表明,在25℃时,Cr3钢的腐蚀速率随着Cl~-浓度的增加大体呈降低的趋势;而随着温度的升高,Cr3钢的腐蚀速率逐渐增加;低温时的腐蚀产物主要是FeS,高温时主要是FeS_(1-x)。     

Cl~-浓度对双相钢和镍基合金腐蚀速率的影响

针对H2S、CO2、Cl-同时存在的高温、高压腐蚀环境,选择22Cr、25Cr双相不锈钢和028铁-镍基合金、G3镍基合金进行对比试验,在其它条件相同的情况下(H2S/CO2分压、温度、液体流动等条件一致,仅Cl-浓度变化),分析Cl-含量对各种耐蚀合金管材发生均匀腐蚀与点蚀的腐蚀速率的影响。结果表明,在温度为160℃,CO2分压为4.13MPa,H2S分压为2.66MPa,流速为3m/s的条件下,随着Cl-浓度增加(25g/L、100g/L、120g/L、250g/L),UNS S32205和UNS S32750两种双相不锈钢的均匀腐蚀速率和局部腐蚀速率增加;028和G3两种镍基合金的均匀腐蚀速率变化不大,且无局部腐蚀发生。UNS S32205、UNS S32750双相不锈钢试样表面钝化膜的主要成分为Cr2O3和/或Cr(OH)3;028和G3镍基合金试样表面钝化膜的主要成分为NiO、Cr2O3和/或Cr(OH)3。     

地面集输管道在CO2/H2S/O2体系下的腐蚀行为研究

目的 研究集输管道常用钢材在CO2/H2S/O2体系下的腐蚀行为,为新疆油田集输管道的腐蚀防控提供指导依据.方法 基于新疆油田重油热采现场工况,以L245NS钢为试材,316L钢为对照,采用高温高压釜试验,研究CO2/H2S/O2体系下温度和H2S含量对L245NS钢和316L不锈钢的腐蚀影响规律,并结合SEM/EDS+XPS+3D显微镜等手段对典型工况下的腐蚀产物进行测试分析.结果 在CO2/H2S/O2共存体系中,L245NS钢的腐蚀速率随温度的升高,呈先增大、后减小的趋势;而随H2S含量的升高,呈先减小、后增大的趋势.316L钢的腐蚀速率随温度的升高,呈先增大后减小的趋势;随H2S含量的升高,呈一直增大的趋势.L245NS钢腐蚀产物呈针状、菱状、颗粒状多种形态,而316L钢腐蚀产物较少.在CO2/H2S/O2共存体系中,L245NS钢的腐蚀产物主要包含FeS、FeS2、单质S、FeCO3、Fe(OH)3、FeOOH、Fe3O4、Fe2O3、Na2SO4等物质.结论 L245NS钢在CO2/H2S/O2体系(22PCO H S/P<200)下的腐蚀行为主要由H2S主导,生成的FeS分布在产物底层.O2具有促进腐蚀进程的三方面作用:与H2S发生交互作用生成了单质S;作为去极化剂参与阴极反应;作为强氧化剂氧化FeS、FeCO3,反应生成单质S、FeS2、Fe2O3、Fe3O4、FeO(OH)等物质.     

模拟塔里木油田环境中低Cr钢的H_2S/CO_2腐蚀行为

通过高温高压腐蚀试验,运用SEM、XRD、EDS等分析技术.研究了普通P110与3Cr110钢在模拟塔里木油田现场环境中的CO2/H2S腐蚀特征.结果表明:在模拟CO2腐蚀环境中,这两种材料的腐蚀产物为FeCO3,3Cr110表现出良好的抗CO2均匀腐蚀及局部腐蚀能力,其平均腐蚀速率显著小于普通P110;模拟CO2/H2S腐蚀条件下,两种材料的均匀腐蚀速率远小于单独CO2腐蚀环境下的均匀腐蚀速率,表面腐蚀产物为FeS,H2S腐蚀占主导作用,Cr元素在低Cr钢腐蚀产物膜中的富集,其腐蚀产物Cr(OH)3改善了腐蚀产物膜的稳定性,显著提高了低Cr钢的抗均匀腐蚀及局部腐蚀能力.     

CO2分压对碳钢海底管道CO2/H2S腐蚀的影响

目的：研究 CO2分压对 CO2/H2S腐蚀的影响规律,为海底管道材料的选择提供参考依据。方法采用高温高压反应釜进行腐蚀模拟实验,对腐蚀前后的试样进行称量,计算腐蚀速率。通过SEM观察腐蚀产物膜形貌,通过 XRD 分析腐蚀产物膜成分。结果当 CO2/H2S 分压比较高（1200）时, CO2分压为0.3、0.5、1.0 MPa对应的腐蚀速率分别为1.87、3.22、5.35 mm/a,随着CO2分压升高,腐蚀速率几乎呈线性增大趋势。当CO2/H2S分压比较低（200）时,CO2分压为0.3、0.5、1.0 MPa对应的腐蚀速率分别为3.47、3.64、3.71 mm/a,CO2分压变化对腐蚀速率的影响并不显著。当CO2/H2S分压比较高（1200）时,腐蚀产物以FeCO3为主,腐蚀受CO2控制;此时低CO2分压下的腐蚀产物膜较完整致密,高CO2分压下的腐蚀产物膜局部容易破裂,对基体保护性下降,因此腐蚀速率随CO2分压升高而增大。当CO2/H2S分压比较低（200）时,腐蚀产物以FeS为主,腐蚀受H2S控制;此时在不同CO2分压条件下,腐蚀产物均较完整致密,因此腐蚀速率相对较低,并未随着CO2分压升高显著增大。结论 CO2分压对CO2/H2S腐蚀速率的影响与CO2/H2S分压比密切相关,海底管道材料选择不仅要考虑CO2分压的影响,还要考虑CO2/H2S分压比的影响。     

L80油管钢在CO2/H2S环境中的腐蚀行为

目的：研究L80油管在CO2/H2S环境中的腐蚀行为。方法利用扫描电镜（SEM）、EDAX能谱分析L80油管内壁腐蚀产物形貌特征和化学组成,采用高温高压反应釜,以实际油水分离的水样为腐蚀介质进行模拟实验,研究原油含水率、CO2/H2S 分压和温度对 L80油管腐蚀速率的影响规律。结果在CO2/H2S环境中,L80油管内壁呈现明显的局部腐蚀特征,部分表面点蚀坑深度超过100μm,形成FeS、FeCO3等腐蚀产物。随着含水率的增加,L80油管腐蚀速率逐渐增大,含水率为30%时的腐蚀速率为0.0377 mm/a,含水率为100%时的腐蚀速率为0.0952 mm/a。CO2分压不变时,随着 H2S分压的增加,L80钢的腐蚀速率增大,H2S分压为0.04 MPa时的腐蚀速率为0.0377 mm/a,H2S分压为0.3 MPa时的腐蚀速率为0.0952 mm/a;H2S分压不变时,随着CO2分压的增大,L80钢腐蚀速率变化不明显且腐蚀速率较小。随着温度的升高,腐蚀速率先以较大幅度增大,再以较小幅度减小,从40℃增加至100℃时,腐蚀速率由0.0083 mm/a升至0.1264 mm/a,100℃左右时的腐蚀速率最大,120℃对应的腐蚀速率为0.106 mm/a。结论 L80油管在CO2/H2S环境中以均匀腐蚀和局部点蚀为主。L80油管腐蚀速率对H2S分压比CO2分压更敏感,CO2分压增大促使具有良好保护性的FeCO3保护膜的形成,降低了腐蚀速率。温度升高至一定范围,导致碳酸盐等难溶性盐溶解度降低,并覆盖在钢表面形成保护层,从而使腐蚀速率下降。     

含铬油套管钢材在CO2和微量H2S共存环境中的腐蚀规律

目的 研究不同含铬材质钢在CO2和微量H2S共存环境中的腐蚀行为，优化深井油套管抗腐蚀设计方案。方法 以实际油水分离的水样为腐蚀介质进行模拟实验，采用高温高压反应釜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)，揭示4种含铬材质钢在不同腐蚀环境中的腐蚀速率、腐蚀产物膜及应力腐蚀开裂特征，并建立高CO2与微量H2S共存环境下油套管防腐选材优化设计方法。结果 在高分压比条件下均发生了由CO2主导的腐蚀反应，腐蚀产物以FeCO3为主，加入微量H2S后低Cr材质产物膜的附着力较低，出现了疏松脱落现象，FeS优先成膜，含铬钢表面的腐蚀产物膜呈现“富铬”现象，膜的保护性能得到改善。3种腐蚀环境中3Cr钢对应的腐蚀速率分别为1.965 3、1.736 1、1.159 2 mm/a，均处于极严重程度，且表面出现了局部沟槽;9Cr钢的产物膜轻微覆盖，腐蚀较轻，13Cr和S13Cr基本无产物膜覆盖，未发生腐蚀。9Cr、13Cr和S13Cr在加载90%的屈服应力时均未发生应力腐蚀开裂，应力腐蚀敏感性较低。结论 含铬钢具有良好的抗腐蚀性能，基于腐蚀环境特点提出了井筒分段防腐选材设计方案“9Cr+13Cr+超级13Cr”，有效降低了防腐成本，研究结果对CO2和微量H2S共存环境中含Cr钢腐蚀特征和优化选材提供了理论依据。     

低H2S、高CO2分压条件下双相不锈钢应力腐蚀敏感性研究

目的针对IS15156标准中对双相不锈钢使用条件的限制,研究双相不锈钢2205在不同温度、不同低H_2S分压条件下的开裂敏感性。方法通过模拟我国西部酸性油田低H_2S、高CO_2工况环境,利用高温高压设备,进行了三点弯曲试验,结合失重法测试腐蚀速率,并使用SEM和EDS进行微观形貌观察和腐蚀产物分析。结果双相不锈钢2205的腐蚀速率较低,未超过0.014 mm/a,且硫化氢分压对腐蚀的影响较小,但发现了由氧化铝等夹杂导致的点蚀。双相不锈钢2205在低硫化氢分压的中温(100℃)区发生应力腐蚀开裂,同时发生了选择性腐蚀,铁素体相优先于奥氏体相腐蚀,其他温度条件下仅发现点蚀。硫化氢分压升高时,开裂敏感性有一定程度的降低。结论双相不锈钢2205在低硫化氢分压条件下的开裂类型为氢脆型应力腐蚀开裂。氧化物夹杂诱发点蚀,氢在应力集中区域聚集,发生氢脆。当硫化氢分压从6 k Pa增加到165 k Pa时,局部腐蚀敏感性的增加使氢脆得到缓解,开裂敏感性降低。双相不锈钢2205无法在低硫化氢的中温井口环境中使用,标准中以H_2S分压作为使用限制并不十分完善。     

铝酸钠溶液中S2-浓度对20Cr钢腐蚀行为的影响

目的研究20Cr钢在铝酸钠溶液中不同S2?浓度下的腐蚀行为及产物形成过程,探索腐蚀机理。方法 20Cr钢在不同S2?浓度的溶液中进行高温浸泡腐蚀实验与电化学测试,结合扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等分析技术,观察腐蚀产物的微观形貌、元素含量与组成。运用失重法、极化曲线和交流阻抗图分析样品的腐蚀速率。结果 S2?质量浓度从0g/L增加到5g/L时,腐蚀速率由3.43 g/(m2·d)上升到25.20 g/(m2·d),腐蚀产物逐渐增多,S2?质量浓度在6 g/L时,腐蚀速率下降到21.30 g/(m2·d)。EDS结果表明,随S2?浓度的增加,腐蚀产物中铬元素含量增加,铁元素总体含量降低,氧、铝元素含量呈现先增长后降低趋势。XRD结果显示,加入S2?与未加S2?相比,腐蚀产物物相组成由Fe3O4和FeOOH变为Fe3O4、Fe Cr2O4和FeS。电化学测试得到S2?质量浓度从0 g/L到5 g/L时,腐蚀电流密度由22.87?A/cm2上升到586.02?A/cm2,S2?质量浓度在6 g/L时,电流密度下降到183.06?A/cm2。结论 S2?质量浓度在0～5 g/L范围时,20Cr钢的腐蚀速率逐渐增加,腐蚀产物中形成FeS,S2?的加入能够促进腐蚀反应,破坏未加入硫元素时形成的较致密腐蚀物;当S2?质量浓度超过5 g/L后,形成致密的Fe Cr2O4尖晶石氧化物,粘附在试样表面,对腐蚀起到抑制作用。     

316NG不锈钢在高纯水环境中的腐蚀行为

通过腐蚀失重试验,获得了316NG不锈钢在高纯水环境中的腐蚀失重曲线及均匀腐蚀速率;采用XPS、XRD、SEM等手段对腐蚀产物的组成元素、物相、形貌进行了分析。结果表明:316NG不锈钢在高纯水环境中的平均腐蚀速率为0.05mm/a,远小于304NG不锈钢和321不锈钢的;腐蚀产物膜主要以耐蚀性强的磁铁矿Fe_3O_4、尖晶石类氧化物FeCr_2O_4和NiFe_2O_4、镍和铬氧化物及氢氧化物等形式存在,且(铬+镍)与铁的原子比高于基体的,说明316NG不锈钢具有良好的耐腐蚀性能。     

腐蚀产物晶体结构及离子选择性对P110S低合金钢在H2S/CO2环境中腐蚀行为的影响

目的研究P110S低合金钢在H2S/CO2环境中的腐蚀行为及腐蚀产物对其影响机理。方法通过P110S低合金钢在不同温度下的腐蚀失重实验、微观SEM形貌观察、XRD分析和离子选择性实验,探究腐蚀产物的晶体结构以及离子选择性对腐蚀行为的影响。腐蚀实验环境为模拟我国西北某油田现场不同井深的腐蚀工况,其中CO2与H2S的分压比为2.5。结果温度低于100℃时,腐蚀产物主要为马基诺矿型FeS,其为阳离子选择性,能够阻碍阴离子与基体接触,起到抑制腐蚀的作用,因此腐蚀速率较低,约为0.15 mm/a,且随温度升高基本保持不变,试样表面的腐蚀产物膜平整未脱落;温度达到120℃后,腐蚀速率急剧增大,部分腐蚀产物由马基诺矿转变为磁黄铁矿,腐蚀产物膜因下层腐蚀产物挤压而发生破裂脱落,试样发生局部腐蚀;温度高于160℃时,腐蚀产物全部为磁黄铁矿型FeS,其为阴离子选择性,无法阻碍阴离子穿过腐蚀产物膜与基体接触,因此随着温度的升高,腐蚀速率逐渐增大并趋于平缓,达到3.6 mm/a。结论H2S/CO2环境中低合金钢腐蚀行为与腐蚀产物晶体构型及离子选择性密切相关,若腐蚀产物为马基诺矿型FeS时,其具有阳离子选择性,能够抑制金属基体腐蚀溶解;而若腐蚀产物为磁黄铁矿型FeS时,因其具有阴离子选择性,则不能抑制金属基体发生腐蚀溶解。