二氧化碳驱注采井常用油套管钢的腐蚀行为

采用高温高压反应釜研究了N80、P110、3Cr、5Cr等4种油套管钢材在现场采出液中的抗CO_2腐蚀性能,结合扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等手段,观察分析了腐蚀产物膜形貌和成分。结果表明:随着温度的上升,4种钢材腐蚀速率均呈现出先增大后减小的趋势,最大值出现在中温区,N80、P110、5Cr钢在90℃时腐蚀速率达到最大,3Cr钢在80℃时腐蚀速率最大;4种钢材腐蚀类型主要为均匀腐蚀,未发现局部腐蚀,腐蚀产物主要为FeCO_3,含Cr钢腐蚀产物出现多层结构,主要成分除了FeCO_3,还有非晶态的腐蚀产物Cr(OH)_3;N80、P110钢的腐蚀产物细小、致密、均匀覆盖在基体表面,腐蚀速率较低;3Cr、5Cr钢的腐蚀产物覆盖不均匀、与基体结合力弱、附着性不强,易脱落,造成整体腐蚀速率较高。     

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。     

N80钢CO2腐蚀产物膜研究

在模拟油田CO2腐蚀环境下，用XRD、EDS和SEM研究了N80钢腐蚀产物膜的形成与发展情况。结果表明，在本试验条件下N80钢CO2腐蚀产物膜对基体具有一定的保护作用，可以降低腐蚀速率。腐蚀产物膜分3层，讨论了3层膜的结构特征与形成机理。初步研究了腐蚀产物膜的破坏特征。腐蚀产物膜的晶体类型是（Fe,Ca)CO3复盐。     

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。     

氮元素对2Cr13不锈钢CO2腐蚀产物膜结构和电化学性能的影响

利用高温高压釜进行2Cr13不锈钢的高温高压CO2腐蚀实验,用扫描电镜（SEM）和X射线光电子谱（XPS）分析腐蚀产物膜的形貌和成分,电化学交流阻抗谱测试腐蚀产物膜对2Cr13不锈钢电极过程影响,失重法评价两种2Cr13不锈钢CO2均匀腐蚀速率．结果表明：含氮钢的腐蚀产物膜结构比较疏松,腐蚀膜中的Cr2O3被CrN和Na3CrO4部分替代,并且含有较多的Fe3O4和α—FeOOH,其膜的电阻值比不含氮的2Cr13钢的小,腐蚀速率较大．     

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。     

盐沉积条件下CO2对LY12铝合金大气腐蚀的影响

目的研究在有/无CO_2存在的恒温恒湿条件下,表面有沉积盐的LY12铝合金的大气腐蚀行为与腐蚀机理,搞清CO_2对其大气腐蚀的影响。方法将LY12铝合金表面分别沉积不同浓度的NaCl和MgCl_2,分别进行通/不通CO_2的恒温恒湿实验,借助扫描电镜(SEM/EDS)、X射线衍射(XRD)和X光电子能谱(XPS)等表面技术以及腐蚀失重分析方法,研究盐沉积条件下CO_2对LY12铝合金大气腐蚀的影响。结果在试验条件下,MgCl_2造成的LY12铝合金腐蚀都以点蚀为主,失重高于NaCl造成的。以MgCl_2为介质时,主要腐蚀产物都为(Mg1–xAlx(OH)_2)x+(Cl~–,CO~(2–))x×mH_2O(简写为LDH);以NaCl为介质时,主要腐蚀产物都为Al_2O_3或Al(OH)_3。两种介质的腐蚀产物都出现了Cu元素的富集。结论无论是否存在CO_2,Mg元素都参与了腐蚀产物的形成。合金元素Cu的存在及其富集,是造成CO_2对纯铝和LY12铝合金腐蚀行为不同影响的主要因素。     

几种常用管线钢在CO2及H2S/CO2环境中的腐蚀行为

对带状组织级别不同的管线钢在CO2及H2S/CO2饱和的NACE溶液中的腐蚀速率和腐蚀形貌进行了比较分析。结果表明,在CO2饱和的NACE溶液中,带状组织级别越低的材料,发生均匀腐蚀的特征越明显,通过生成保护性膜抵抗腐蚀的能力越强。而带状组织级别越高的材料,发生局部腐蚀,尤其是点蚀的特征越明显。在H2S/CO2饱和的NACE溶液中,带状组织级别越低的材料,越不易发生氢致开裂现象。为了提高管线钢抗CO2及H2S/CO2腐蚀的性能,应控制其带状组织。     

碳捕集、利用与封存中CO2腐蚀与防护研究

国际上将碳捕集、利用与封存(CCUS)作为实现长期减碳减排的重要措施,CCUS技术对于降低全球二氧化碳排放量至关重要。CCUS也是实现我国长期绿色低碳发展的必然选择和重要举措,然而CCUS技术高速发展必然会带来装备的腐蚀与防护难题。针对油气开采以及CCUS过程涉及到的碳捕集设备、运输管道和油井管等设备受到的CO2腐蚀问题展开研究,分析其腐蚀机理,包括CO2腐蚀过程,以及不同因素(包括水含量、离子耦合、温度、压力、流速以及混合相中的油相)对CO2腐蚀速率的影响,并进行了总结归纳,特别是高温高压超临界CO2腐蚀机理。针对目前的3种CO2防护手段进行了介绍,考虑到合金防护成本较高,缓蚀剂防护存在二次污染,防护涂层具备更好的发展前景。最后对CO2防护涂层未来研发重点与前景进行了分析和展望。     

油气田中CO2腐蚀的预测模型

综述了油气田中CO2腐蚀速率的预测模型．关于CO2腐蚀速率的预测模型主要包括经验模型(Empirical models)，半经验模型(Semi—empirical models)和机理模型(Mechanistic models)三类．经验模型是根据实验室和油气田现场腐蚀数据建立的预测模型，这类模型比较简洁，与现场的试验数据吻合较好．半经验模型先根据腐蚀过程中的化学、电化学过程和介质的传输过程建立腐蚀速率相关的动力学模型，然后利用实验室数据以及现场数据确定各因素的影响因子．机理模型主要是应用腐蚀热力学、动力学以及物质扩散动力学，基于CO2腐蚀机理建立腐蚀速率的预测模型．由于CO2腐蚀的影响因素很多，腐蚀机理异常复杂，要建立准确、普适的预测模型较为困难．目前这三类预测模型均存在一定的不完善性，应对其进行更深入的研究和改进．     

L80钢在CO2/H2S腐蚀环境中的力学特性

目的：研究L80钢在CO2/H2S环境中的力学特性。方法利用微机控制慢应变速率拉伸试验机,对特定腐蚀条件下的L80钢试样进行拉伸实验,分析各因素对L80钢力学特性的影响变化规律。结果在CO2/H2S环境中,随着含水率的增加,L80钢的屈服强度、抗拉强度、延伸率均下降,L80钢拉伸曲线出现劣化。随预拉应力的增大,L80钢的屈服强度变化不明显,而抗拉强度和延伸率降低,当预拉应力超过0.8σs时,L80钢的腐蚀速率显著增加,表现出较强的应力腐蚀敏感性;随着H2S分压的增加, L80钢的力学性能发生劣化,表现出氢脆敏感性,而受CO2分压的影响不明显;温度升高导致L80钢的拉伸曲线出现了轻度劣化,延伸率和屈服区宽度小幅降低,但抗拉强度变化不大。结论 L80钢在CO2/H2S环境中的力学特性受温度、CO2分压影响程度小。含水率和预拉应力的增大降低了L80钢的力学韧性,预拉应力的存在使L80腐蚀速率加快,缩短了耐腐蚀寿命。L80钢的力学性能对于H2S分压较对CO2分压更为敏感,试样的断裂是机械拉力和应力腐蚀共同作用的结果。     

吉林油田矿场条件下 CO2 腐蚀模拟装置的建立及实验研究

目的建立一种全尺寸腐蚀模拟放大试验装置。方法针对CO2驱油现场的实际情况,综合考虑影响CO2驱油腐蚀的各个因素,设计并研制更有效的高温高压CO2腐蚀模拟试验装置。对该装置开展模拟CO2腐蚀环境下,多种材料腐蚀特征及缓蚀剂防腐性能的实验研究,并将评价数据与室内高压釜实验、现场腐蚀监测的数据进行对比分析。结果该装置可实现液态CO2流量0~0.9 m3/h、温度-25~120℃、最高压力32 MPa下各种矿场腐蚀环境的模拟,能够模拟常规室内研究设备无法模拟的低温-高温高压条件下的多相流动状态,与现场流态更为接近,模拟结果可有效指导CO2驱油与埋存工程防腐工艺的制定。结论表面矿场条件下的CO2腐蚀模拟数据接近矿场实际腐蚀监测数据,实现了井筒、地面设备管道材料和防腐工艺技术的矿场模拟评价。     

油气管道的CO2腐蚀及防护研究进展

腐蚀控制是石油天然气管输过程中的一个重要问题.CO2是石油天然气管道中最常见的腐蚀介质,研究CO2腐蚀机制和防护措施具有重要科学意义和经济价值.综述了CO2的腐蚀机理,包括化学反应、电化学反应和传质过程.对现有的腐蚀理论进行了深入讨论,发现阴极反应对CO2腐蚀具有重要影响,CO2对阳极过程的影响尚未明确.在腐蚀机理的基础上,考虑管道实际工况,结合电化学实验结果阐述了各影响因素对CO2腐蚀行为的影响,并结合CO2腐蚀的影响因素讨论了常用管道防护措施的缺陷:阴极保护系统受电位影响较大,应确立新的阴极保护电位,以保证在杂散电流作用下的阴极保护效果;防护涂层容易在杂散电流干扰下发生降解,失去保护性;多数缓蚀剂对环境有害.最后,展望了未来CO2腐蚀和防护的发展方向:为进一步了解CO2腐蚀机理,需要对CO2的电化学腐蚀行为进行系统地实验测试.研究不同缓蚀剂的协同效应,使用环境友好型绿色缓蚀剂,利用新材料开发智能涂层和新型阴极保护系统,也是未来的研究方向之一.     

含Cr油套管钢CO2腐蚀产物膜特征

在模拟油田CO2腐蚀环境下，利用XRD、EDS、XPS和SEM研究了含Cr的N80钢腐蚀产物膜的特征。结果表明，本试验条件下Cr在腐蚀产物膜中富积，形成非晶态物质Cr（OH）3，使得腐蚀产物膜具有阳离子选择性，阳极反应受到抑制，腐蚀速率降低。     

含1%Cr的N80钢CO2腐蚀产物膜特征

在模拟油田CO2腐蚀环境下，研究了含1％Cr的N80钢腐蚀产物膜的特征．结果表明，试验条件下Cr会在腐蚀产物膜中富积形成非晶态的Cr(OH)3．含1％Cr的N80油套管钢CO2腐蚀产物膜是由FeCO3晶体与Cr(OH)3混合构成。导致腐蚀产物膜具有阳离子选择性，使阳极反应受到抑制，腐蚀速率降低．腐蚀介质中的阴离子会穿过FeCO3晶体到达膜与基体界面，腐蚀基体金属，导致点蚀发生．     

低H2S、高CO2超深井环境中P110SS抗硫钢的腐蚀行为

目的研究高温条件下抗硫低合金钢P110SS在低H2S、高CO_2环境中的腐蚀行为。方法模拟我国西部酸性油田工况环境,利用高温高压设备,通过失重法测试腐蚀速率,并用SEM、EDS和XRD分析腐蚀产物。结果在8 MPa的纯CO_2环境中,腐蚀速率随温度升高而降低,210℃时为0.35 mm/a,腐蚀产物为碳酸盐。当加入6 k Pa硫化氢时,腐蚀速率依然随温度升高而降低,150℃时为0.74 mm/a,腐蚀产物呈现双层结构,内层为结晶良好的FeCO_3,外层为FeS。当硫化氢分压升至165 k Pa时,腐蚀加剧,且腐蚀速率随温度升高而增大,210℃时达2.78 mm/a,腐蚀产物主要为铁的硫化物,同时随腐蚀时间延长至2160 h,腐蚀速率有所降低。结论在纯CO2环境中,高温时生成的内层碳酸盐腐蚀产物膜相对完整,对基体的保护能力较强。当加入6 k Pa硫化氢时,腐蚀由CO_2主导,呈现与纯CO_2环境中相同的腐蚀速率规律,内层的FeCO_3细密均匀。当硫化氢分压升至165 k Pa时,腐蚀由H_2S和CO_2混合控制,疏松破损的铁的硫化物无法对基体形成良好的保护,因此腐蚀速率显著升高。     

高温高压CO2多相介质腐蚀研究及应用的新进展

CO2腐蚀是油气生产中所遇到的重大腐蚀难题之一。本文论述了腐蚀产物膜在 CO2多相流动介质中的作用，腐蚀产物膜力学性能测试和表征方法研究的进展及存在问题， CO2腐蚀形貌的类型及特征。     

渤海油田井下管柱CO2腐蚀规律与防腐选材现状

随着渤海油田的快速发展,CO2腐蚀成为阻碍油气田开发的关键因素之一,由 CO2引起的油气井管材腐蚀破坏问题日益严峻,严重影响井下管柱的使用寿命,制约着渤海油田降本增效的发展目标。综述了CO2对井下管柱的腐蚀机理及影响因素,总结了渤海油田中油气产量较高区块的CO2腐蚀情况及防腐选材研究现状,针对性调研了绥中36-1、埕北等10个油田的生产井的CO2分压、温度分布及腐蚀情况,探讨了渤海油田水介质、pH值、CO2分压、温度对CO2腐蚀的影响规律。结果表明CO2分压小于0.023 MPa时,碳钢油管未发现严重腐蚀;当CO2分压超过0.2 MPa时,井下管柱腐蚀破坏率迅速增加, CO2分压为0.3 MPa时,碳钢油管腐蚀比例约为19.15%,这和理论研究一致。在渤海油田油气开发生产过程中,各种因素可能同时出现,并相互作用,加剧管材的 CO2腐蚀。合金元素 Cr能显著提高油套管的抗腐蚀性,低Cr钢具有良好的耐腐蚀性能和经济性,未来低Cr油套管在渤海油田的适应性评价需要开展进一步的研究。     

Mitigation of top- and bottom-of-the-line CO2 corrosion in the presence of acetic acid (I): pH control using methyl diethanolamine

Temperature differences between the top and the base of pipelines can, in specific circumstances, drive severe corrosion due to condensed fluids at the top-of-the-line. Here, we measure corrosion at the top-of-the-line in the condensate phase and, simultaneously, in the immersed phase at the bottom-of-the-line using an electrochemical approach. With CO₂-saturated chloride brine, corrosion at the top-of-the-line increased with fluid temperature (due to increased condensation rates), whereas at the bottom-of-the-line, the corrosion rate decreased (due to ferrous carbonate precipitation). The addition of acetic acid increased the corrosion rate at both top and bottom of the line, with any ferrous carbonate films being removed by dissolution. The addition of methyl diethanolamine (MDEA) reduced corrosion rates significantly because of the increased pH in both the condensate at the top-of-the-line and under immersion at the bottom-of-the-line, reducing the solubility of FeCO₃. Overall, the addition of acetic acid was confirmed to damage and remove protective FeCO₃ films. However, continuous films were not re-established after MDEA additions, rather porous and generally unprotective films were formed.