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Cl–环空保护液中超级13Cr油管点腐蚀行为研究

目的 研究超级13Cr管材在油气井服役环境中的点腐蚀失效机制,分析超级13Cr马氏体不锈钢在高温、高Cl⁻环空保护液、超临界H2S/CO2环境中的点腐蚀失效行为,明确其适用性,并提出相应的腐蚀控制措施。方法 通过分析失效油管的宏观形貌、显微组织、腐蚀形貌及腐蚀产物,判断超级13Cr油管现场失效的原因,结合高温高压反应釜模拟井下腐蚀环境,从平均腐蚀速率、点腐蚀速率等方面揭示超级13Cr油管的点腐蚀失效机理。结果 该超级13Cr材质管柱在受到H2S/CO2污染的环空保护液环境下会发生点腐蚀穿孔失效;通过观察现场失效油管发现,在受到腐蚀性气体污染的高Cl⁻环空保护液环境中,油管外壁发生了明显的局部腐蚀,油管腐蚀由外壁向内壁扩展,发生了严重的点腐蚀穿孔,并具有一定的H2S应力腐蚀开裂(SCC)特征;在环空保护液环境下,失效油管表面有Cr、O、Cl、S离子聚集,腐蚀受到CO2-H2S共同影响;模拟腐蚀实验结果显示,超级13Cr油管在腐蚀性气体污染的海水基环空保护液环境下具有点腐蚀敏感性,蚀坑深度为80.346 μm,点腐蚀速率达到10.34 mm/a。结论 超级13Cr油管在环空保护液中具有优异的抗均匀腐蚀能力,但在受到H2S/CO2污染的高Cl⁻环空保护液环境中具有明显点腐蚀倾向,建议环空保护液用淡水配制,并进行除氧处理。     

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。     

超级13Cr不锈钢腐蚀行为研究进展

综述了超级13Cr不锈钢的腐蚀行为,分析了酸化液、温度、CO2分压、Cl-浓度、流速、乙酸和H2S分压等因素对超级13Cr不锈钢腐蚀行为的影响,同时对其腐蚀产物膜特征、耐点蚀性能、应力腐蚀开裂等方面进行了综述。     

模拟塔里木油田环境中低Cr钢的H2S/CO2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.     

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。     

超级13Cr钢在高温高压下的抗CO2腐蚀性能

在模拟某油田腐蚀环境中,通过高温高压CO2腐蚀试验,采用SEM、EDS和XPS测试手段分析,研究温度变化对超级13Cr马氏体不锈钢的腐蚀行为的影响。研究结果表明,随着温度的升高：超级13Cr马氏体不锈钢的均匀腐蚀速率呈微上升的趋势,气相环境中试样的均匀腐蚀速率大于液相,但均远小于0．1mm／a,局部腐蚀严重。在温度为150℃的气相环境中,超级13Cr钢最大局部腐蚀速率可达2．1379mm／a,其7天实验的最大局部腐蚀坑深度可达41μm。XPS检测结果显示,超级13Cr钢表面钝化膜主要成分是非晶态的Cr2O3。     

H2S分压对双相不锈钢应力腐蚀开裂行为的影响

利用高温高压反应釜进行腐蚀模拟实验,辅以失重法、SEM和EDS,对H2S/CO2共存环境下,H2S/CO2分压比一定时,H2S分压对2205双相不锈钢应力腐蚀开裂行为的影响进行了研究。结果表明,60℃的工况条件下,在H2S分压较低时,2205双相不锈钢钝化膜趋于完整致密,随着H2S分压进一步升高,钝化膜出现破损。2205双相不锈钢硫化物应力腐蚀开裂的敏感性较高,裂纹多为沿晶扩展。     

温度对Cr13不锈钢CO2腐蚀行为的影响

模拟高温高压腐蚀环境,通过扫描电镜和能谱分析,研究不同温度下的Cr13不锈钢的耐CO2腐蚀性能。结果表明,随着温度升高,Cr13不锈钢CO2腐蚀速率在150℃达到最大以后下降;温度的变化也导致表面腐蚀产物成分和结构的变化,影响腐蚀产物对金属基体的保护效果。     

高CO2分压环境超级13Cr的腐蚀行为

目的：研究超级13Cr 钢在高CO2分压条件下的腐蚀行为并评价其耐腐蚀能力,为存在类似工况的气田选材提供参考。方法模拟东方气田腐蚀环境（141℃,CO2分压27.9 MPa）,通过高温高压腐蚀挂片实验和电化学实验对超级13Cr开展腐蚀行为研究。结果在东方气田高CO2分压腐蚀环境下,挂片腐蚀试验表明,超级13Cr的腐蚀形式为全面腐蚀,其均匀腐蚀速率为3×10-3 mm/a;电化学分析表明,13Cr不锈钢的自腐蚀电位（-0.785 V）和点蚀电位（-0.301 V）较超级13Cr不锈钢的（-0.580 V,-0.139 V）有明显负移,而自腐蚀电流密度和维钝电流密度明显更大。结论高CO2分压条件下,超级13Cr可满足气田油套管使用要求,超级13Cr不锈钢的耐蚀性能和抗点蚀敏感性均强于13Cr不锈钢。