TP110TS和P110钢在CO_2注入井环空环境中应力腐蚀行为比较

利用U形弯试样浸泡实验和电化学测试技术研究了两种油套管钢在CO_2注入井环空环境中的应力腐蚀开裂行为。结果表明,TP110TS钢和P110钢在注入井环空环境(大量CO_2-微量H_2S)下存在一定的应力腐蚀敏感性,其应力腐蚀机制为阳极溶解和氢脆协同作用机制。在CO_2-H_2S环境下,咪唑啉类缓蚀剂的浓度对TP110TS和P110油套管钢的应力腐蚀产生不同的影响,添加足量的缓蚀剂对P110钢的应力腐蚀行为产生较好的抑制效果;但当添加量不足时,缓蚀剂会增加P110钢发生应力腐蚀的倾向性。而TP110TS钢的应力腐蚀敏感性随着缓蚀剂浓度的增加而减小,相对更适用于添加缓蚀剂的CO_2-H_2S环境。     

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%。     

模拟CO2驱油环境下温度对J55油管钢腐蚀行为的影响

利用高压反应釜模拟CO2驱油环境对不同温度下J55油管钢的腐蚀行为及两种咪唑啉类缓蚀剂的缓蚀性能进行了研究,计算了腐蚀速率及缓蚀率,分析了腐蚀产物膜的表面特征,分析了试验产出水的离子含量变化。结果表明,J55油管钢的腐蚀速率随温度升高而不断增大,咪唑啉类缓蚀剂对CO2腐蚀缓蚀率高,且改性咪唑啉的缓蚀效果明显更佳,缓蚀剂作用下ΣFe含量比空白试验条件下小得多,而HCO3-离子浓度比其在相同条件空白试验的稍低,缓蚀剂对CO2溶解有一定抑制作用。     

不同碳链长度咪唑啉缓蚀剂在CO2驱采油环境中的腐蚀防护作用

目的 合成制备适用于CO2驱油环境中井筒材料的腐蚀防护的咪唑啉缓蚀剂,探究碳链长度对咪唑啉缓蚀剂腐蚀防护性能的影响机制。方法 以辛酸、月桂酸、硬脂酸和二乙烯三胺等为原料,经酰胺化和环化后制备得到3种碳链长度(C7、C11和C17)的咪唑啉缓蚀剂。通过傅里叶变换红外光谱、量子化学计算、失重法、电化学方法以及表面观察技术,对合成缓蚀剂在CO2驱油环境中对井筒材料的腐蚀防护性能进行了评价。结果 红外测试观察到3种链长(C7、C11和C17)的咪唑啉缓蚀剂的特征吸收峰,表明3种链长咪唑啉缓蚀剂成功制备。量子化学计算表明,合成的C17咪唑啉缓蚀剂具有最优的供电子能力和最佳的疏水能力。腐蚀失重和电化学测试结果显示,所合成的3种不同碳链长度的咪唑啉缓蚀剂均对CO2驱腐蚀环境中N80钢具有良好的腐蚀防护作用,随着缓蚀剂浓度的提升,其缓蚀效率逐渐增高。其中含有17个碳链的咪唑啉缓蚀剂(C17)在10 mg/L时缓蚀效率达到了90%以上。拉曼光谱观察到N80钢表面C=N和C—N的吸收峰,表明合成的3种缓蚀剂在N80表面上吸附。SEM结果发现,添加C17咪唑啉的N80表面腐蚀最为轻微,其腐蚀防护效果最优。结论 合成的C17碳链的咪唑啉缓蚀剂具有优异的腐蚀防护效果,随着碳链长度的增加,碳链的推电子能力增强,使得咪唑啉缓蚀剂更容易在N80钢表面吸附,同时长碳链形成的缓蚀剂膜层也具有更好的疏水作用,导致咪唑啉中缓蚀剂越长其缓蚀效果越好。     

CO2环境下油酸咪唑啉对X65钢异种金属焊缝电偶腐蚀的抑制作用研究

研究了X65管线钢与316L不锈钢、Inconel 625双金属复合管的异种金属焊缝在CO2环境下的电偶腐蚀行为,以及油酸咪唑啉的缓蚀作用。结果表明,随着电偶电位差的增大,异种金属焊缝的腐蚀速率明显升高,并且都显著高于母材。添加油酸基咪唑啉缓蚀剂能降低异种金属焊缝在CO2环境下的均匀腐蚀速率。但是,当缓蚀剂浓度添加较低时,异种金属焊接试样的碳钢一侧出现了严重的沟槽腐蚀或密集的点蚀坑;进一步增加缓蚀剂浓度才能消除沟槽腐蚀现象。讨论了缓蚀剂对异种金属焊缝电偶腐蚀的抑制机理,该项研究可为异金属焊接接头处的腐蚀防护提供借鉴。     

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。     

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。     

模拟CO2驱环境下3Cr和20#集输管线钢防腐性能对比

利用高压反应釜模拟了陕北某油田CO2驱油环境进行了不同温度和不同CO2分压3Cr和20#集输管线钢的腐蚀行为以及三种缓蚀剂对其缓蚀性能进行了研究,计算并对比了其腐蚀速率及缓蚀效率,分析了腐蚀产物膜表面形貌,对两种材质经济性能进行了对比。结果表明,相同CO2分压下,20#钢55℃时的腐蚀速率明显大于3Cr钢甚至接近3倍,但较低温度30℃时3Cr和20#钢的腐蚀速率较接近;咪唑啉缓蚀剂能较好控制CO2腐蚀;低合金钢3Cr相对于20#钢具有更显著的经济效益。     

多环咪唑啉缓蚀剂的合成及其缓蚀作用

以月桂酸、四乙烯五胺、癸二酸等为原料合成双环和四环咪唑啉衍生物缓蚀剂。通过失重法和电化学法评价缓蚀剂在模拟地层水(饱和CO2)环境中对L360钢的缓蚀作用。采用扫描电镜和能谱仪,观察并分析了缓蚀剂在钢表面的腐蚀形貌。结果表明:四环月桂酸咪唑啉缓蚀剂(LAI)比双环月桂酸咪唑啉缓蚀剂(SAI)的缓蚀效果好,加入量为400mg/L时达到最高缓蚀率。SAI和LAI都属于混合型缓蚀剂,缓蚀剂遵循Langmuir等温吸附,属于化学吸附。结合SEM和EDS分析可知,SAI和LAI可以在钢的表面形成一层吸附膜,以抑制金属的腐蚀。     

CO2和SRB共存产出水中咪唑啉衍生物的环境行为及缓蚀长效性研究

采用腐蚀失重法、三维显微镜和电化学方法研究咪唑啉在含有硫酸盐还原菌(SRB)的饱和CO2模拟水中的缓蚀行为,通过紫外分光光度法同步检测咪唑啉浓度变化,研究咪唑啉对SRB生长影响及通过Fourier红外分析咪唑啉残余物质结构。结果表明,缓蚀剂的添加抑制了SRB的生长,经过10 d的培养后,在有/无SRB的体系中缓蚀剂都具有很高的缓蚀性能,缓蚀率分别为93.0%和94.4%。在有/无SRB体系中的咪唑啉含量分别减小为86.5%和87.5%,红外分析表明残余物质含有咪唑啉的五元环结构特征峰,咪唑啉缓蚀剂不会因SRB生长而使特征官能团断开,其缓蚀性能具有长效性。     

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。     

H2S 分压对 13Cr 不锈钢在 CO2注气井环空环境中应力腐蚀行为的影响简

利用高压下的电化学实验及U型弯浸泡实验结合微观分析手段,研究了13Cr不锈钢在不同H2S分压下CO2注气井环空环境模拟液中的电化学特征及应力腐蚀规律。结果表明:油套管钢的刺漏现象以及环境中硫酸盐还原菌的存在使得环空环境成为复杂的高压H2S-CO2-Cl-环境,13Cr不锈钢在该种环境下具有明显的应力腐蚀敏感性。随着H2S分压的升高,13Cr不锈钢击破电位下降,应力腐蚀敏感性增强,这主要因为H2S分压的增大对不锈钢表面膜(钝化膜及腐蚀产物膜)的破坏作用加强。当H2S分压达到0.20 MPa时,13Cr不锈钢发生明显的应力腐蚀,断口表现为由沿晶应力腐蚀裂纹(IGSCC)和穿晶应力腐蚀裂纹(TGSCC)组成的混合断口,应力腐蚀受阳极溶解和氢致开裂共同控制。     

高温高压二氧化碳介质中改性咪唑啉的缓蚀行为

利用脂肪酸与多胺合成咪唑啉,对咪唑啉进行改性得到一种新型含硫磷的咪唑啉类缓蚀剂HGY-T。通过高温高压动态测试和电化学方法研究了HGY-T在温度为80℃,CO2分压为1MPa高矿化度的模拟油田水中的缓蚀性能。结果表明,在高温高压二氧化碳介质中,50mg/L的缓蚀剂就有很好的缓蚀性能,腐蚀速率低于0.076mm/a,缓蚀率达到95%。该缓蚀剂为阳极型缓蚀剂,遵循Frumkin吸附等温式。     

316L 不锈钢在高 pH 碱性硫化物环境中的应力腐蚀行为

目的研究316L不锈钢在碱性硫化物溶液中的应力腐蚀行为,为其在碱性环境中的适用性提供参考依据。方法采用动电位极化曲线、电化学阻抗(EIS)测量技术、慢应变速率拉伸试验(SSRT)、U形弯试样浸泡试验以及SEM腐蚀形貌分析方法。结果 316L不锈钢试样在碱性硫化物溶液中具有较低的应力腐蚀(SCC)敏感性,腐蚀机理主要为阳极溶解型,且SCC敏感性随着p H升高而降低。结论316L不锈钢试样在碱性Na Cl/Na2S溶液中虽然表现出应力腐蚀特征,但敏感性较低,适用于该实验模拟的碱性溶液中。     

304 不锈钢在模拟深海和浅海环境中的应力腐蚀行为

目的研究304不锈钢在模拟深海和浅海中的应力腐蚀开裂(SCC)行为。方法通过控制不同环境因素模拟南海某海域环境,利用动电位扫描、交流阻抗谱、慢应变速率拉伸(SSRT)及SEM表面分析等手段进行研究。结果 304不锈钢在模拟海水溶液中呈现钝化状态,出现应力腐蚀敏感性,且裂纹扩展方式为穿晶开裂。在深海中的SCC机制为氢致开裂,浅海中的SCC机制主要为阳极溶解。结论 304不锈钢在深海与浅海中的SCC机制不同,但两者的SCC敏感性相近且相对较低,在模拟海水环境中的应用不受海水深度限制。     

不同状态310S奥氏体不锈钢在H2S/CO2环境中的应力腐蚀行为

目的探究不同状态310S奥氏体不锈钢在H2S/CO2环境中的应力腐蚀行为。方法研究三种不同状态310S奥氏体不锈钢在湿H2S环境中的应力腐蚀行为和电化学测试,并探究影响310S应力腐蚀开裂的因素及其机理。结果经过冷变形处理后,310S奥氏体不锈钢的抗应力腐蚀性能有所提升,而900℃时效处理会使310S钢材更易遭受应力腐蚀的影响。此外,施加载荷会使材料的耐蚀性变差。在SSRT实验中,固溶处理后的试样应力腐蚀敏感性为88.1%,时效处理后则升高至91.5%,冷轧后则降低至85.3%。另外还观察到,裂纹通常起源于试样表面局部腐蚀处。通过准原位充氢-TEM实验发现,氢原子扩散进基体后,会促进位错运动,导致位错更易发生塞积,从而引发应力集中。结论冷轧态310S具有最好的耐蚀性能,其次为固溶态,时效态310S的耐蚀性能最低。在湿H2S环境下,冷轧态310S的应力腐蚀敏感性最低,时效处理则会提高试样的应力腐蚀敏感性。H原子进入到310S内部会促进位错的运动、增殖与塞积,导致应力集中,从而降低局部的耐蚀性能。     

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.     

不同热处理态的304和321奥氏体不锈钢在氯化铵环境中的应力腐蚀行为对比研究

目的 对比研究原始、固溶和敏化态的304和321奥氏体不锈钢在模拟加氢催化氯化铵环境中的应力腐蚀（SCC）行为及机理。方法 将304和321奥氏体不锈钢经过热处理制备成固溶和敏化态试样,采用U形弯试样在模拟加氢催化氯化铵环境中浸泡的应力腐蚀试验方法对其进行研究,通过观察U形弯弧顶的腐蚀形貌和开裂时间,并结合腐蚀及裂纹的SEM照片和电化学测试结果进行分析。结果 原始和固溶状态304不锈钢U形弯试样在氯化铵溶液环境中开裂时间为25 d左右,断口形貌分别为穿晶断口和沿晶断口;敏化态试样18 d后发生开裂,断口形貌为穿晶和沿晶的混合断口。原始和固溶态321不锈钢U形弯试样在该环境中经过39 d均无应力腐蚀裂纹;敏化试样经30 d后产生宏观开裂。电化学测试结果显示,不同热处理态的304不锈钢在氯化铵溶液中均具有明显的点蚀敏感性,321不锈钢在该环境中耐点蚀和应力腐蚀的能力优于304不锈钢。结论 不同状态的304不锈钢在高温氯化铵环境中具有较强的应力腐蚀倾向,特别是敏化态试样;321不锈钢在该环境中的应力腐蚀敏感性相对较小,但敏化处理显著增加了其沿晶应力腐蚀倾向,而固溶态试样具有明显的沿晶腐蚀特征。     

P110油管钢在添加元素硫的CO2模拟油田地层水溶液中的腐蚀行为研究

随着油气需求的不断增长，促进了高酸性气田的不断开发，由于元素硫、CO2，以及地层水等腐蚀因素的耦合作用，给油气田生产带来了很大的腐蚀风险。在本工作中，通过浸泡试验和电化学测量研究了P110油管钢在含有元素硫和二氧化碳的模拟油田地层水中的腐蚀行为。结果表明，P110钢的腐蚀速率随着温度增加而增大，温度升高促进了硫化铁的形成，并且引起了严重的点腐蚀。然而， 不同温度范围内温度变化对腐蚀的影响主要归因于不同的腐蚀控制物质，如低温下的二氧化碳和高温下的元素硫。基于该结果，讨论了元素硫和二氧化碳的耦合效应。