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.     

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。     

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。     

L360钢在H2S/CO2环境中腐蚀的预测

运用BP人工神经网络技术建立了预测L360钢在H₂S/CO₂环境中腐蚀的模型,神经网络拓扑结构为5-4-1,网络模型训练成功以后,应用它预测L360钢在H₂S/CO₂中的腐蚀速度.结果表明,人工神经网络模型预测的结果与实验数据相当符合,误差在14%以内.由此可见,BP神经网络模型可以作为预测H₂S/CO₂环境致集输管线腐蚀速率的工具.     

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。     

基于人工神经网络的CO2/H2S腐蚀速率预测模型

探索对油气管线CO2/H2S腐蚀速率的预测,应用LabVIEW软件中的MATLAB Script节点,通过Lab-VIEW与MATLAB混合编程构建了虚拟仪器程序,建立了油气管线腐蚀速率预测的BP神经网络模型。数值仿真试验结果表明,建立的模型稳定性好,预测精度高,使用效果良好。     

高含CO2低含H2S条件下温度对P110碳钢腐蚀规律的影响

为了明确高含CO₂及少量H₂S条件下,温度变化对石油管材P110钢腐蚀速率的影响,利用高温高压硫化氢反应釜开展了腐蚀模拟试验,利用失重法记录腐蚀速率。应用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和激光共聚焦显微镜等,研究并分析了P110钢表面的腐蚀形貌和产物。结果表明：在1 MPa CO₂分压、20 kPa H₂S分压和流速1 m/s条件下,P110钢管材均匀腐蚀速率随温度升高先增大后减小,在100℃附近达到峰值。当温度超过80℃时,P110钢表面腐蚀形态由全面腐蚀转变为局部腐蚀。随着温度的升高,P110钢表面腐蚀产物由富铁结构转变为富硫结构,致密的陨硫铁矿和磁黄铁矿阻碍腐蚀反应的离子扩散。此外,在60～100℃,温度升高会同时促进阴极反应和阳极反应,导致P110钢自腐蚀电流密度增加,腐蚀速率提高,而当温度继续由100℃升高至120℃时,P110钢自腐蚀电流密度减小,腐蚀过程逐渐受到抑制。     

X65钢海底管道在CO2/H2S腐蚀环境下的适用性

利用高温高压反应釜模拟试验和电化学测试,研究了X65钢海底管道在CO2/H2S环境下的耐蚀性。结果表明,不加缓蚀剂条件下,X65钢在总压为0.25MPa时的平均腐蚀速率及局部腐蚀风险与总压为0.7MPa时相比,均显著降低。添加100mg/L的缓蚀剂,X65钢的腐蚀速率显著降低,缓蚀效果较好;电化学测试与模拟试验结果一致。降压至0.25MPa分离出部分腐蚀性气体后再输送可大大降低内腐蚀风险,结合缓蚀剂措施,该腐蚀环境下可选择X65钢海底管道输送油气。     

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。     

H2S和CO2分压及Cl-浓度对L360QCS钢腐蚀行为的影响

通过高温高压反应釜模拟普光气田集输环境,研究H2S和CO2分压及Cl-浓度对普光气田用集输管线钢L360QCS钢腐蚀行为的影响。采用失重法测试腐蚀速率,用四点弯曲法进行应力腐蚀试验,结合宏观形貌观察和扫描电镜(SEM)微观观察及能谱(EDS)分析,进行了综合研究。在H2S和CO2分压比固定的情况下,随着H2S压力升高,腐蚀速率先降后升。压力较低时,L360QCS应力腐蚀试样表面均出现不同程度的氢鼓泡,当压力升高时,氢鼓泡减少或者消失。腐蚀速率随着Cl-浓度的升高而增大,达到临界值后,腐蚀速率随着Cl-浓度的升高而降低;在低浓度条件下,Cl-浓度的增加会促进点蚀的发生,进而诱发裂纹的产生;而当Cl-浓度增加到临界值时,腐蚀产物的沉积可以抑制点蚀的生成,从而使材料的应力腐蚀开裂敏感性降低。     

含硫天然气管线H2S/CO2腐蚀发展规律

在模拟川渝地区天然气管线含H2S/CO2介质环境中进行腐蚀实验研究,分析了X52钢在含H2S/CO2溶液介质中暴露时间对管线钢腐蚀速率、腐蚀产物膜形貌及组成的影响。结果表明,随暴露时间延长,腐蚀产物膜层对基体产生一定保护性,减缓了腐蚀进程。腐蚀产物由马基诺矿型、硫化亚铁和陨硫铁发展成马基诺矿、硫化亚铁、陨硫铁和黄铁矿。     

Ni-Fe-P镀层在H2S/CO2腐蚀环境中的腐蚀电化学研究

在油管常用钢N80钢表面制备了Ni-Fe-P化学镀层,采用SEM、EDS、XRD等分析手段,对所制备镀层的成分、微观形貌、结构等性能进行了分析研究;采用电化学方法评价了Ni-Fe-P镀层在H2S/CO2溶液中的耐蚀性。结果表明,N80钢表面经过化学镀Ni-Fe-P处理后,其耐蚀性得到很大的提高,镀层结构为非晶态;电化学测试结果表明该镀层在H2S/CO2溶液中具有极强的钝化倾向和很好的耐酸性,结果均证明Ni-Fe-P镀层具有良好的抗H2S/CO2腐蚀性能。     

碳钢在油水混相介质中的CO2/H2S腐蚀行为

采用极化曲线和电化学阻抗测试,研究了N80钢在50℃的3%NaCl盐水与凝析油混相溶液中,不同CO₂、H₂S分压比(θ=P_CO2/P_H2S)条件下的腐蚀规律;采用SEM、XPS等分析了N80钢表面腐蚀产物的形貌和组成。结果表明：在饱和CO₂溶液中,随着H₂S含量的增加,碳钢电极的腐蚀减弱;当θ<20时,随着θ增大,腐蚀电流密度逐渐减小,腐蚀主要由H₂S控制,在N80钢表面生成了均匀致密的针状晶型腐蚀产物,主要是FeS和FeS_1-x膜;当20<θ<500时,随着θ的增大,腐蚀电流密度先增大后减小,腐蚀由CO₂和H₂S共同控制,钢片表面生成了多种晶型腐蚀产物,主要是FeCO₃和FeS_1-x膜;当θ>500时,随着θ的增大,腐蚀电流密度增大,腐蚀反应由CO_...     

高Cl~-条件下H_2S分压对P110钢腐蚀速率的影响

利用高温高压釜设备模拟油气田环境并辅以失重法,研究了高Cl-条件下H2S分压对P110钢腐蚀速率的影响,结果表明:P110钢的腐蚀速率随着H2S分压的增大呈先增大后减小的趋势,且在0.06 MPa时取得最大值;采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线能谱仪(EDS)技术对腐蚀产物膜进行分析知:H2S分压通过影响腐蚀产物膜厚度、微观吸附形貌和表面膜成分等,进而影响了P110钢的腐蚀速率.     

高浓度H2S天然气井中射孔段套管的应力腐蚀

高含H2S介质气井中,射孔段套管始终工作在腐蚀性环境中,必然会引起射孔套管发生严重腐蚀甚至突然断裂。结合材料学和电化学腐蚀知识,分析了含H2S腐蚀环境中射孔段套管的应力腐蚀开裂失效机理;并在此基础上,将射孔段套管看作带"尖角圆孔"型裂纹的无限大圆柱筒壳体,运用弹塑性断裂力学理论,得到了带环向和轴向尖角圆孔型裂纹的射孔段套管在H2S腐蚀环境中的应力腐蚀临界应力强度因子,据此推导出了射孔段套管硫化氢应力腐蚀断裂临界应力和容许的最大尖角裂纹长度。根据弹塑性力学理论,推导出了射孔段套管在H2S腐蚀环境中工作时的环向和轴向拉应力,提出了判断射孔段套管硫化氢应力腐蚀程度和敏感性两项性能指标。为高深度H2S天然气井中射孔段套管的应力腐蚀、强度安全性、腐蚀疲劳分析和寿命估算提供理论参考和技术依据。     

CO2分压对SM80SS套管钢在CO2/H2S共存环境中的高温高压腐蚀行为影响

用失重法、扫描电镜（SEM）、X射线能谱（EDS）及X射线能谱（XRD）对CO2分压对SM80SS特级抗硫套管钢在CO2/H2S共存条件下的腐蚀行为进行了试验研究,结果表明：在试验条件下,低PCO2时,反应以H2S为主,FeS优先生成,腐蚀产物膜颗粒细小、比较致密,平均腐蚀速率较小;PCO2不断增大后,反应以CO2为主,FeS逐渐全部转变为FeS0.9,腐蚀产物膜颗粒粗大、比较疏松,平均腐蚀速率较大;腐蚀产物有较好的局部腐蚀阻碍作用,腐蚀形式均为均匀腐蚀。     

H_2S分压对SM 80SS套管钢在CO_2/H_2S共存环境中高温高压腐蚀行为的影响

用失重法、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)及X射线衍射(XRD)等方法,就H2S分压对SM80SS特级抗硫套管钢在CO2/H2S共存条件下的腐蚀行为的影响进行了试验研究。结果表明:在试验条件下,低PH2S时,以CO2腐蚀为主,腐蚀产物膜由FeS0.9和FeCO3组成,腐蚀产物膜颗粒细小、致密,平均腐蚀速率较低;随着PH2S的增大,反应逐渐变为以H2S为主,FeS0.9逐渐转变为FeS,腐蚀产物膜颗粒粗大、疏松,随后又变得细小、致密,腐蚀速率呈现先增大后逐渐减小的趋势;高PH2S时,FeS的生成较大程度阻碍了FeCO3的生成。腐蚀产物有较好的局部腐蚀阻碍作用,腐蚀形式均为均匀腐蚀。     

温度对SM80SS套管钢在CO2／H2S共存环境中的高温高压腐蚀行为影响

用失重法、扫描电镜（SEM）、X射线能谱（EDS）及X射线能谱（Ⅺ①）对温度对SM80SS特级抗硫套管钢在CO2/H2S共存条件下的腐蚀行为进行了试验研究,结果表日月．在试验条件下,低温（40℃）时,腐蚀速率较小,腐蚀产物为FeCO3和FeS0.9,膜颗粒细小、比较致密,平均腐蚀速率较小;温度逐渐升高至100℃左右时,腐蚀产物为FeCO3和FeS0.9,膜颗粒粗大、疏松,平均腐蚀速率最大;高温（150℃）时,腐蚀速率较小,腐蚀产物为FeO（OH）和FeCO3、FeS0.9,膜颗粒较小、致密,但比低温时明显粗大,平均腐蚀速率较小;高低温时腐蚀产物都有较好的局部腐蚀阻碍作用,腐蚀形式为均匀腐蚀。     

90℃时油管钢P110的CO2/H2S腐蚀行为

采用高温高压釜试验,辅以失重法、X射线衍射、扫描电镜和电子能谱分析,对90℃时油管钢P110在模拟油井采出液中的CO2/H2S腐蚀行为进行了研究。结果表明,在本试验条件下,油管钢P110的腐蚀速率高达5.1260mm/a,腐蚀类型以H2S腐蚀(坑蚀)为主,腐蚀产物主要为硫化物。     

一种咪唑啉缓蚀剂对油田用P110钢CO2腐蚀的缓蚀行为

采用失重法和电化学法测试了不同浓度的一种油田用咪唑啉缓蚀剂在模拟油田现场环境中的缓蚀率。结果表明,该缓蚀剂为混合抑制型缓蚀剂,以阳极抑制为主,质量浓度在200mg.L-1时缓蚀率趋于稳定,最高缓蚀率可达97.6%。电化学阻抗测试表明,在不加缓蚀剂的电化学阻抗谱中具有三个时间常数,随着缓蚀剂浓度的增加,表层膜的的覆盖率θ越来越大,高频区的感抗弧消失,只有高频区和低频区的容抗弧两个时间常数。