咪唑啉类缓蚀剂对 P110 钢在 CO2 注入井环空环境中应力腐蚀行为的影响

目的研究咪唑啉类缓蚀剂对P110钢在CO2注入井环空环境中的应力腐蚀(SCC)行为的影响,为CO2注入井环空环境腐蚀防护方法的建立提供参考和依据。方法在实验室模拟的CO2驱注井环空环境中进行应力腐蚀试验、电化学测试和腐蚀形貌分析。根据现场提取的CO2注入井环空介质的成分分析结果配制模拟溶液,选用咪唑啉类缓蚀剂,调节模拟液p H至4。通入高纯N2进行除氧,以防止硫化物氧化。应力腐蚀试样采用三点弯试样,通过将试样的挠度控制为设定值来控制加载载荷。应力腐蚀试验和电化学试验均在密闭高压釜内进行。实验结束后,采用扫描电镜对腐蚀形貌进行观察。结果在CO2注入井环空环境下,咪唑啉缓蚀剂的浓度对P110钢的SCC行为有重要影响。在拉应力载荷存在时,添加足量的缓蚀剂对均匀腐蚀和SCC均具有较好的抑制效果,但当用量不足时,缓蚀剂的添加会增大P110钢的SCC敏感性,其SCC机制为氢脆与局部阳极溶解的混合机制。因此,P110钢在模拟CO2注入井的环空环境中会发生SCC,其机制为AD+HE机制。结论咪唑啉缓蚀剂的浓度对P110钢的SCC行为有重要影响,足量的缓蚀剂对均匀腐蚀和SCC均具有较好的抑制效果,但浓度不足时反而会增大SCC敏感性。     

P110SS钢在H2S和CO2环境中的腐蚀特征

利用高温高压哈氏合金反应釜对P110SS油套管钢在不同H2S和CO2环境下的腐蚀行为进行了实验。研究了H2S和CO2分压对P110SS油套管钢腐蚀规律的影响,利用SEM、EDS、XRD等方法分析了腐蚀试样的微观形貌与结构特征,发现P110SS在较低温度条件下,H2S浓度非常低时,腐蚀特征与单纯CO2腐蚀规律相似,腐蚀速率比较高。在相同的H2S分压条件下,随CO2浓度增加,腐蚀速率依次增加。通过应力腐蚀开裂试验表明,P110SS在高温205℃条件下应力腐蚀开裂敏感较小。     

TP110TS 油管钢在酸性气田环境中的应力腐蚀行为研究

目的研究TP110TS油管钢在酸性气田环境中的应力腐蚀开裂行为。方法通过模拟酸性气田环境,采用动电位极化法、电化学阻抗法、电化学充氢、恒载荷浸泡试验和慢应变速率拉伸试验等方法进行研究。结果在酸性气田环境中,100℃时TP110TS钢中的含氢量大幅度降低,氢脆作用减弱,导致其应力腐蚀敏感性低于60℃。TP110TS钢在100℃的酸性气田环境中,当拉应力超过70%σs时才表现出一定的应力腐蚀敏感性,表明该材料在实际使用过程中应力水平应保持在70%σs以下,但当温度降低到60℃,其安全应力门槛值要降为50%σs。结论 TP110TS钢在酸性气田环境中的应力腐蚀机制是阳极溶解与氢脆的混合机制。拉应力的存在会缩短TP110TS钢的耐腐蚀寿命,且拉应力越大,耐腐蚀寿命越短。     

咪唑啉和季铵盐类缓蚀剂对P110S钢的缓蚀作用和机理研究

采用失重法、极化曲线、电化学阻抗谱(EIS)和扫描电镜(SEM)研究了咪唑啉和季铵盐缓蚀剂在H_2S/CO_2环境中对P110S钢的缓蚀作用和缓蚀机理。结果表明,咪唑啉缓蚀剂和季铵盐缓蚀剂均为阳极型缓蚀剂;在120℃,H_2S分压为0.55 MPa、CO_2分压为0.80 MPa的环境中,两种缓蚀剂均有一定的缓蚀作用,能有效抑制P110S钢的腐蚀;添加浓度为200 mg·L~(-1)时,咪唑啉缓蚀剂的缓蚀效率可达87.23%。     

P110S油套管在微含硫环境中的腐蚀行为研究

采用不同含量的Na₂S来模拟不同的含硫环境,利用挂片浸泡实验研究P110S钢级油套管在含硫体系中的腐蚀行为;利用电化学测试研究了其在不同含硫浓度中电化学特征;利用扫描电镜、激光共聚焦、XRD以及拉曼光谱对样品表面的腐蚀产物和形貌进行了表征。结果表明,P110S钢级油套管钢在含硫体系中发生严重的腐蚀,腐蚀速率和腐蚀电流密度均随含硫浓度增大而增大,腐蚀类型由均匀腐蚀转变为点蚀,腐蚀产物疏松。     

高含H_2S/CO_2环境中P110钢应力腐蚀

用恒载荷拉伸法,结合腐蚀电化学测试技术和断口扫描电镜(SEM)分析技术,研究了P110钢在H_2S/CO_2NACE标准溶液中的硫化物应力腐蚀(SSCC)行为。结果表明,随着溶液中的H_2S含量增高,P110钢的自腐蚀电位(E_(corr))急剧下降,至极小值后缓慢升高,约5 h后达到稳定值直至断裂,试样呈解理状脆性断口;随溶液中通入CO_2量的增大,P110钢的自腐蚀电位(E_(corr))稍有增高,自腐蚀电流(I_(corr))减小,试样断裂时间延长,断口由脆性解理向韧窝状韧性转化。这种现象的产生与H_2S/CO_2在钢表面的竞争吸附及P110钢在应力腐蚀环境中表面膜的拉伸破裂与再生有关。     

抗硫套管钢P110SS在高含H2S/CO2环境中的腐蚀行为和硫化物应力开裂敏感性研究

利用高温高压反应釜模拟普光气田的工况环境,研究抗硫套管钢P110SS在高含H2S/CO2环境中的腐蚀行为和硫化物应力开裂(SSC)敏感性.结果表明,随着温度和H2S/CO2分压的升高,P110SS的腐蚀速率先降低后升高,而在相当于井中部工况的环境中,钢的腐蚀速率最低,腐蚀产物膜明显脱落.在高含H2S/CO2环境中,采用四点弯曲法加载达到P110SS屈服强度的90%时,试样表面未发现裂纹,表明SSC敏感性比较低.     

CPE机组上CB110-5Cr抗CO_2腐蚀油套管的研发

介绍了CB110-5Cr抗CO_2腐蚀油套管的化学成分及其设计思路。通过对样管的试制及其力学性能的测评,确定CB110-5Cr油套管的淬火、回火温度。通过对比CB110-5Cr和P110钢级样管的极化曲线和高温高压釜试验,评定CB110-5Cr耐腐蚀性能。试验结果表明:CB110-5Cr油套管的力学性能满足API Spec 5CT—2011中P110钢级的要求,且具有较高的冲击韧性;中低温时,随着CO_2分压的增加,CB110-5Cr油套管的抗腐蚀速率增加,其抗腐蚀性能明显优于P110钢级油套管;当温度升到90℃以上时,P110油套管的抗腐蚀性能优于CB110-5Cr油套管。     

几种热采井用油管钢在次生H_2S/CO_2环境中的腐蚀行为

利用动态高温高压釜模拟研究了普碳油管钢N80和两种热采井用低合金油管钢TP100H和TP110H在稠油热采次生H_2S/CO_2腐蚀环境中的腐蚀行为。结果表明:在次生H_2S/CO_2腐蚀环境中,N80钢呈非均匀腐蚀特征,导致其腐蚀速率较低;TP110H钢及TP100H钢的腐蚀速率略高于N80钢的,清理产物膜后,呈现均匀腐蚀特征;三种钢的腐蚀速率与微观形貌特征一致,随腐蚀时间的延长,钢表面粗糙度增加,腐蚀速率降低。     

低铬油套管CO2/H2S腐蚀研究进展

介绍了低Cr油套管开发的工程背景。综述了低Cr油套管的耐CO_2/H2S腐蚀性能,详述了多种因素(如Cr含量、温度、p H值、流速等)对低Cr油套管在含甜性气体(仅含CO_2)环境中的腐蚀行为和腐蚀产物膜表面特征的影响,以及低Cr油套管在含酸性气体(H2S)环境中的腐蚀行为及其抗硫化物应力开裂(SSC)的性能。探寻了低Cr钢的抗CO_2腐蚀机理和H2S腐蚀机理。研究发现,低Cr钢因Cr元素能在产物膜中富集,形成非晶体化合物Cr(OH)3,腐蚀产物膜因此具有阳离子选择性,降低了腐蚀产物膜与金属基体界面处的阴离子浓度,抑制了阳极反应,进而提高了低Cr钢耐CO_2/H2S均匀腐蚀性能,同时也减少了Cl-在界面处团聚、形核的可能性,抑制了局部腐蚀,尤其是点蚀的发生。但是要想消除点蚀,钢基体中Cr元素的质量分数不应低于3%。另外,Cr元素在晶界及晶内以粒状碳化物析出并弥散分布,进一步增强了其抗SSC性能。简述了低Cr油套管的应用现状,最后对其发展前景进行了展望,利用钢的化学成分-工艺-组织-性能"四位一体"法得到的"经济型"低Cr抗CO_2/H2S腐蚀的油套管,是未来发展趋势的代表。     

G3钢和TP110SS钢在环空保护液中的电偶腐蚀

为预防G3油管钢和TP110SS套管钢之间的电偶腐蚀,并给生产提供指导性建议,采用电化学测试技术研究了环空保护液pH值、温度对G3钢-TP110SS钢电偶腐蚀的影响。结果表明:G3钢和TP110SS钢在环空保护液中将分别作为阴极和阳极发生电偶腐蚀。随着环空保护液pH值的增大,电偶电位的升高,电偶腐蚀速率减小;温度的升高导致电偶电位降低,电偶腐蚀速率增大。     

Cl~-和CO_2共存环境下P110钢的电化学腐蚀影响实验研究

基于腐蚀电化学理论,以油井管材料P110钢为研究对象,在CS电化学工作站实验装置上,开展了不同温度、不同浓度Cl~-和CO_2共存时复杂离子环境对于油井管材料的电化学腐蚀研究。通过实验可以大致得出这种材料的最适工况环境保证材料的使用寿命,为提高生产安全系数提供参考。研究表明:在某一个固定的腐蚀介质中,P110钢的腐蚀速率是随温度增加而增加的;而在同一温度下,共存离子环境中的Cl~-浓度直接影响腐蚀速率,会在某个Cl~-浓度区间对于P110钢在共存离子环境的腐蚀速率产生抑制作用。在室温(20℃)时,P110腐蚀状态最为稳定缓慢,此状态下Cl~-浓度的增加会抑制P110钢的电化学腐蚀作用;NaCl在1.5wt%~3.5wt%之间会抑制P110钢的电化学腐蚀作用,使用寿命最长,最适合工程使用。     

经济型抗H2S＋CO2腐蚀油管BG110S-2Cr开发

根据Cr元素对低合金钢力学性能的影响规律,在3Cr系列经济型抗H2S和（或）CO2腐蚀钢种基础上,成功开发出110kpsi（758MPa）钢级经济型抗H2S＋CO2腐蚀油管BG110S-2Cr。试验表明,大生产BG110S-2Cr油管具有优良的抗H2S应力腐蚀开裂（SSC）性能。与常规P110油套管相比,在模拟油田典型腐蚀介质中其CO2腐蚀速率降低了一半以上。     

不同材质油套管钢的CO2腐蚀行为

目的不同管材的CO_2腐蚀行为存在差异,为优选经济型抗CO_2腐蚀材质油套管,探究不同腐蚀条件下常规管材的CO_2腐蚀特征。方法以实际油田的地层水样为腐蚀介质,在高温高压的条件下,对不同材质的油套管进行模拟实验。利用X射线衍射仪(XRD)分析腐蚀试样表面腐蚀产物的形貌特征,研究CO_2分压、温度、测试时间对油套管腐蚀速率的影响规律。结果随着CO_2分压的增加,普通碳钢和低Cr钢的腐蚀速率显著变化,当CO_2分压为0.3 MPa时,普通碳钢腐蚀速率为2.2021 mm/a,而13Cr的腐蚀速率很低,仅为0.1052 mm/a,未表现出明显的规律;腐蚀速率随着温度的升高呈先增加后降低的变化规律,N80,1Cr钢的腐蚀速率远高于13Cr钢;在较短的测试周期内,N80,1Cr,3Cr油套管钢的腐蚀速率略有增加,随着测试周期持续增加,油套管钢的腐蚀速率明显下降;从腐蚀形貌来看,普通碳钢试样的腐蚀程度严重,以均匀腐蚀为主,1Cr,3Cr钢表面存在少量的局部浅斑,以局部腐蚀为主;13Cr材质钢的表面平整,有光泽且无点蚀,腐蚀程度轻微。结论普通碳钢的腐蚀速率对CO_2分压的影响比含Cr合金材质钢更敏感,温度和测试周期均对金属表面的腐蚀产物产生影响,随着温度和测试周期的持续增加,金属表面形成Fe CO3保护膜,含Cr钢表面因铬的富集形成钝化膜,抑制油套管的腐蚀速率,研究成果对CO_2腐蚀环境中的油套管选材具有理论指导意义。     

L80油管钢实际腐蚀状况评估及室内电化学和应力腐蚀研究

重点关注了吉林油田中更换的L80油套管的腐蚀行为,通过SEM和体式显微镜对其表面形貌和腐蚀产物进行了分析,同时采用电化学测试和慢应变速率拉伸实验对模拟油井采出液环境中试样的电化学性能和应力腐蚀开裂风险进行了评估。结果表明,在吉林油田服役一段时间后,L80套管钢的外壁腐蚀比较轻微,主要以均匀腐蚀为主,仅有少量的腐蚀产物在表面附着;而L80套管的内壁腐蚀程度相对严重,有一层致密的腐蚀产物覆盖在基体表面,且在产物膜下出现了一定程度的局部腐蚀和点蚀坑,伴随着一些细小的微裂纹。室内研究表明,服役环境中的水分增加、CO_2和H_2S的产生均能加速其电化学过程,从而加速L80钢在油田采出液中的腐蚀。然而,这些因素对其应力腐蚀敏感性影响较小。L80钢在模拟油田采出水环境中具有较好的耐应力腐蚀开裂性能,说明其作为油井中的油套管材料具有较小的应力腐蚀开裂风险。     

抗硫套管钢P110SS在高含H2S/CO2条件下的硫化物应力腐蚀破裂敏感性

利用高温高压反应釜模拟普光气田的工况环境,采用慢应变速率拉伸试验(SSRT)方法研究了抗硫套管钢P110SS在高含H2S/CO2条件下的硫化物应力开裂(SSC)敏感性。结果表明,在腐蚀环境中P110SS的力学性能和塑性损伤比较严重;随着温度、H2S/CO2分压升高,P110SS力学性能和塑性损伤逐渐减弱,SSC敏感性降低,温度起主导作用;SSC敏感性由高到低顺序:井口工况条件>井中部工况条件>井底工况条件;井口工况是防范SSC的重点。     

井下含硫环空液中P110油管钢应力腐蚀开裂的电化学噪声特征

采用慢应变速率拉伸(SSRT)实验,并结合电化学噪声(ECN)、SEM与EIS等方法,研究了P110低合金油管钢在模拟井下环空液中的应力腐蚀开裂(SCC)行为,并探讨了S2-浓度对裂纹萌生和扩展过程的影响。结果表明,在P110钢的弹性形变阶段,环空液中低浓度S2-的加入加速了P110钢拉伸试样表面钝化膜的破坏,导致ECN曲线上出现许多由亚稳态点蚀引起的短时电流噪声峰。S2-的加入还显著缩短了亚稳态点蚀向稳定点蚀转变的时间,促使拉伸试样表面出现较大尺寸的蚀坑,这些蚀坑在拉应力作用下可以转变为裂纹萌生源。相比亚稳态点蚀,裂纹生长产生的噪声峰平均寿命更长(约400 s),且噪声幅值(约40 m A)和积分电量(约4000 m C)也更大。P110钢的SCC以阳极溶解为主,且裂纹生长速率随S2-浓度的增加而增大,但裂纹生长是断续而非连续进行的。     

硫含量和氯离子对P110元素硫腐蚀电化学行为的影响

采用电化学方法研究了元素硫存在下,硫含量和氯离子浓度对P110油套管用钢腐蚀电化学行为的影响。结果表明,硫的存在促进了材料腐蚀,并且腐蚀速度随硫含量的增加先增大后减小,当硫含量达到7.5 g/L时,腐蚀速度达到最大。Cl-浓度的增加同样会促进元素硫对材料的腐蚀,Cl-浓度越高,腐蚀速度越大。     

凝析气田多相流环境下常用油套管钢的CO_2腐蚀规律

针对凝析气藏CO_2腐蚀工况,利用高温高压反应釜,进行了常用油套管钢N80、P110和3Cr在模拟凝析气田多相流环境中的动态腐蚀试验,研究了温度、CO_2分压及含水率等因素对N80、P110和3Cr腐蚀速率的影响规律。用扫描电镜对腐蚀试样进行了表面形貌观察,对腐蚀产物进行了X射线衍射分析。研究结果表明,在CO_2分压1.4MPa,含水率30%的情况下,N80和P110的腐蚀速率随温度增加而减小,3Cr的腐蚀速率随温度增加先增后减;在60℃条件下,N80、P110和3Cr的腐蚀速率均随含水率和CO_2分压的增加而增大;在模拟凝析气田多相流环境下,3Cr相对于N80和P110具有较好的耐蚀性。     

渤海S油田常用油套管钢材的CO_2腐蚀实验研究

模拟渤海S油田地层环境,用美国岩心公司CRS-500-35高温高压动态腐蚀速率测定仪对7种油田常用钢材做了室内CO_2腐蚀速率测定。实验结果表明含Cr的钢材能够有效地减缓CO_2腐蚀并且随着含Cr量的增加抗腐蚀能力增强,其中304钢在实验条件下几乎不被腐蚀,L80、N80和J55钢的腐蚀速率均远高于行业标准0.076mm/a。因此建议S油田在注水井和地面管线添加缓蚀剂,油井和水源井选择1Cr或者更高含Cr等级的钢材,重点井段套管和特种设备尽量选择304钢。