曾德智　張乃艷　陳 睿　汪 楓　施太和　任呈強(qiáng)

1.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué)

2.四川科宏石油天然氣工程有限公司　3.中國(guó)石油西南油氣田公司天然氣研究院

酸性氣井不同井段三種套管鋼的適用性評(píng)價(jià)①

曾德智1張乃艷1陳 睿2汪 楓3施太和1任呈強(qiáng)1

1.“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·西南石油大學(xué)

2.四川科宏石油天然氣工程有限公司3.中國(guó)石油西南油氣田公司天然氣研究院

摘要為考察含H2S/CO2酸性氣井不同井段3種常用套管鋼(T95鋼、110SS-2Cr鋼和825鋼)的適用性及溫度對(duì)其腐蝕行為的影響，利用高溫高壓釜在H2S分壓0.55 MPa、CO2分壓0.75 MPa、溫度55 ～100 ℃條件下，對(duì)3種鋼材的失重腐蝕性能進(jìn)行了測(cè)試，并輔以掃描電鏡觀察腐蝕產(chǎn)物膜的微觀形貌和能譜儀定性分析其化學(xué)成分，探討了腐蝕機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，模擬井筒腐蝕工況下，825鋼腐蝕輕微，腐蝕速率遠(yuǎn)低于SY 5329-2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》規(guī)定的腐蝕控制指標(biāo)0.076 mm/a；T95鋼和110SS-2Cr鋼的腐蝕速率隨溫度的升高而增加，110SS-2Cr鋼的耐電化學(xué)腐蝕性能遠(yuǎn)優(yōu)于T95；隨著溫度的逐漸升高，T95鋼和110SS-2Cr鋼腐蝕產(chǎn)物膜變厚、結(jié)晶和結(jié)塊趨勢(shì)明顯，主要成分是FexSy、FeCO3和含有少量Cr的化合物，110SS-2Cr鋼腐蝕產(chǎn)物膜中，Cr含量比T95鋼高，對(duì)基體的保護(hù)作用較強(qiáng)，因而在3個(gè)溫度條件下的腐蝕速率均低于T95鋼。結(jié)果表明，T95鋼用于油層套管井口段具有較好的經(jīng)濟(jì)性和適用性，825鋼用在封隔器及以下井段具有較好的適用性，中間段油層套管采用110SS-2Cr鋼具有較好的適用性。

關(guān)鍵詞H2S/CO2油層套管腐蝕速率極化曲線腐蝕產(chǎn)物膜適用性評(píng)價(jià)

井筒油套管的服役可靠性是油田安全開(kāi)發(fā)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，由于我國(guó)逐漸加大了含H2S/CO2酸性氣田的開(kāi)發(fā)力度，油井管的服役環(huán)境越發(fā)惡劣，給井下安全生產(chǎn)帶來(lái)不確定性[1]。近年來(lái)，對(duì)鋼材腐蝕性能影響的研究主要集中于CO2或H2S環(huán)境[2-8]，而對(duì)同時(shí)含H2S/CO2環(huán)境的研究相對(duì)較少。在同時(shí)含有H2S和CO2的體系中，姜放等[9]認(rèn)為H2S分壓較低時(shí)以CO2腐蝕為主，且以電化學(xué)反應(yīng)為控制步驟，最終生成FeCO3；H2S分壓增大，轉(zhuǎn)化為以H2S腐蝕為主，生成較多的吸附于金屬表面的FexSy，阻礙離子遷移，腐蝕過(guò)程受到抑制。兩過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，決定了整個(gè)腐蝕速率。朱世東[10]等通過(guò)對(duì)P110鋼腐蝕行為的實(shí)驗(yàn)研究表明，在CO2和H2S共存體系中，若p(CO2)/p(H2S)<200時(shí)，系統(tǒng)中H2S為主導(dǎo)，其存在一般會(huì)使材料表面優(yōu)先生成一層具有良好保護(hù)性的FeS膜，此膜的形成會(huì)阻礙致密性保護(hù)膜的生成，使得膜層保護(hù)性能下降。

T95鋼、110SS-2Cr鋼和825鋼是井下常用的管材，110SS-2Cr鋼強(qiáng)度較高，但其環(huán)境斷裂敏感性強(qiáng)，抗SSCC性能差；T95鋼強(qiáng)度較低，抗SSCC性能好，但抗均勻腐蝕和局部腐蝕的性能差；高鎳合金825耐蝕性能好，但成本太高。為此，通過(guò)模擬某氣田H2S/CO2共存的井下環(huán)境，采用高溫高壓釜實(shí)驗(yàn)以及電化學(xué)實(shí)驗(yàn)，輔助SEM、EDS等測(cè)試技術(shù)，考察了不同井段工況下，溫度對(duì)T95鋼、110SS-2Cr鋼和825鋼的腐蝕速率、腐蝕產(chǎn)物膜特征和電化學(xué)特性的影響，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)3種材質(zhì)的適用性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1試驗(yàn)方法

1.1高溫高壓釜實(shí)驗(yàn)

腐蝕實(shí)驗(yàn)參照J(rèn)B/T 7901-2001《金屬材料實(shí)驗(yàn)室均勻腐蝕全浸試驗(yàn)方法》執(zhí)行。實(shí)驗(yàn)材料為T95鋼、110SS-2Cr鋼和825鋼，其主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)介質(zhì)模擬氣田溶液的配方，成分見(jiàn)表2。實(shí)驗(yàn)溫度以某氣田井口至井底環(huán)境為背景，實(shí)驗(yàn)設(shè)定溫度為55 ℃、80 ℃和100 ℃。主要設(shè)備有實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)計(jì)的高溫高壓釜(見(jiàn)圖1)、南京科航實(shí)驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)的FA2004N型電子分析天平、飛利浦公司研發(fā)的Philips XL-30掃描電子顯微鏡等。

實(shí)驗(yàn)中采用試件的尺寸為30 mm×15 mm×3 mm，每種材質(zhì)取3個(gè)平行試樣，將其逐級(jí)用砂紙打磨至1 200#,以消除機(jī)加工刀痕，然后經(jīng)過(guò)石油醚除油，無(wú)水乙醇清洗，干燥并稱量。將準(zhǔn)備好的試片懸掛于高溫高壓釜中，并倒入已除氧的模擬氣田溶液，同時(shí)快速密閉高溫高壓釜，用高純N2試壓、除氧，待升溫至實(shí)驗(yàn)溫度后，緩慢開(kāi)啟針型閥小流量通入H2S，同時(shí)密切觀測(cè)數(shù)顯壓力表(精度為0.01 MPa)，待其接近預(yù)定值時(shí)等3～5 min至氣體溶解平衡后，再升壓至預(yù)定值，然后依次通入CO2和N2(操作同前)，使H2S分壓為0.55 MPa、CO2分壓為0.75 MPa、總壓30 MPa，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。

表1 實(shí)驗(yàn)材料的化學(xué)成分Table1 Chemicalpositionofthesample(w/%)材質(zhì)CSiMnPSNiCrMoTiVCuAlT95鋼0.3040.2150.520.0140.0080.0090.990.173-0.0070.0440.022110SS-2Cr鋼0.3180.3430.590.0140.0050.0672.420.850-0.0760.0360.061825鋼0.0500.5001.000.0140.03038.00020.002.5000.8-1.5000.150

表2 模擬氣田溶液的配方Table2 Chemicalpositionofthegasfieldsolution配方NaClKClMgCl2·6H2OCaCl2NaHCO3Na2SO4ρ/(g·L-1)148.3719.220.3531.70.9781.05

實(shí)驗(yàn)72 h后，取出試樣，用無(wú)水乙醇清洗吹干，取一片試樣包好，放入干燥器，用于腐蝕產(chǎn)物膜分析(SEM和EDS)。其余兩個(gè)試樣用去膜液去除腐蝕產(chǎn)物膜，然后用石油醚除油、無(wú)水乙醇除水，冷風(fēng)吹干，并將其置于干燥器中。干燥2 h后，用電子天平(精度0.1 mg)稱量，通過(guò)失重法計(jì)算腐蝕速率。

1.2電化學(xué)實(shí)驗(yàn)

電化學(xué)實(shí)驗(yàn)借助Princeton Applied Research公司研發(fā)的PARSTAT2273電化學(xué)測(cè)試儀和上海一恒科技有限公司生產(chǎn)的HWS12型電熱恒溫水浴鍋完成。采用三電極體系，工作電極為1 cm2的方形電極，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，輔助電極為鉑金電極。將三電極體系安裝好，并倒入配制好的溶液中，迅速密封，經(jīng)N2除氧后，通入H2S和CO2，待電極穩(wěn)定后,進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試。

2結(jié)果與討論

2.1腐蝕速率

經(jīng)過(guò)72 h實(shí)驗(yàn)周期后，開(kāi)釜取出試樣，用去膜液除膜，丙酮和無(wú)水乙醇清洗吹干后稱量，根據(jù)公式(1)計(jì)算試片的腐蝕速率：

(1)

式中,v為腐蝕速率，mm/a；Δm為試片失重，g；ρ為金屬密度，g/cm3；A為試件表面積，cm2；Δt為腐蝕時(shí)間，h。

用失重法計(jì)算平均腐蝕速率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 3種溫度下不同材質(zhì)的平均腐蝕速率Table3 Averagecorrosionrateofthreematerialsunderdifferenttemperatures材質(zhì)腐蝕速率/(mm·a-1)55℃80℃100℃825鋼0.00820.02280.0209110SS-2Cr鋼0.03910.08970.0974T95鋼0.05020.10380.1247

從圖2可看出，溫度從55 ℃升至100 ℃時(shí)，T95鋼和110SS-2Cr鋼的均勻腐蝕速率隨溫度的升高而增大，在100 ℃時(shí)達(dá)到最大值；825鋼腐蝕輕微，均勻腐蝕速率隨溫度的變化趨勢(shì)并不明顯。由表3可知，在模擬井筒工況下，825鋼的均勻腐蝕速率均未超過(guò)0.025 mm/a，按NACE RP-0775標(biāo)準(zhǔn)，屬于輕度腐蝕；T95鋼和110SS-2Cr鋼在3個(gè)溫度下，腐蝕速率均高于0.025 mm/a，低于0.125 mm/a，為中度腐蝕。

2.2腐蝕產(chǎn)物組成與微觀形貌

溫度是影響H2S和CO2腐蝕的重要因素之一，它主要是通過(guò)影響化學(xué)反應(yīng)速度和腐蝕產(chǎn)物膜的形成與狀態(tài)來(lái)影響鋼材的腐蝕性能。

圖3為825鋼在55 ℃和80 ℃下腐蝕產(chǎn)物膜的SEM圖。825鋼在80 ℃和100 ℃的腐蝕速率相差甚微，故選取825鋼在80 ℃的腐蝕產(chǎn)物膜進(jìn)行分析。

從圖3(a)可看出，825鋼腐蝕后，金屬表面未見(jiàn)明顯的腐蝕產(chǎn)物覆蓋，應(yīng)為形成了一層薄而致密的鈍化膜，進(jìn)而阻止了腐蝕的繼續(xù)進(jìn)行，試樣腐蝕輕微。經(jīng)能譜EDS分析(見(jiàn)表4)顯示，825鋼的鈍化膜主要是由鎳、鉻的氧化物和硫化物構(gòu)成。陳長(zhǎng)風(fēng)等研究認(rèn)為[11]，耐蝕合金高溫高壓H2S/CO2環(huán)境中鈍化膜的形成可能包含金屬氧化物鈍化膜轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘倭蚧锬み@一過(guò)程。該理論假設(shè)溶液中存在大量S2-和HS-，鈍化膜中的氧空位遷移至鈍化膜與溶液界面處，通過(guò)空位對(duì)反應(yīng)，導(dǎo)致膜表面金屬陽(yáng)離子溶解，與OH-形成金屬氧化物沉淀；而Cl-和OH-的極性要小于S2-，故S2-可競(jìng)爭(zhēng)吸附于部分氧空位，并逐漸在鈍化膜表層形成金屬硫化物，后借助空位遷移擴(kuò)散作用進(jìn)入鈍化膜內(nèi)層。Sato[12]提出了雙極性鈍化膜理論，該理論認(rèn)為，鈍化膜分兩層，外層膜阻止溶液中腐蝕性離子向內(nèi)部擴(kuò)散，而內(nèi)層膜也能夠起到阻礙金屬離子向鈍化膜外擴(kuò)散，兩者相互作用，以達(dá)到保護(hù)金屬基體的作用。由表4可知，在鈍化膜中，含有少量的S元素，可能是生成了Cr2S3。由此可見(jiàn)，基體表面受到了腐蝕介質(zhì)的破壞作用。盡管如此，鈍化膜的雙極性結(jié)構(gòu)仍未被破壞，存在自我修復(fù)能力，具有良好的保護(hù)性。

表4 825鋼在兩種溫度下腐蝕產(chǎn)物膜能譜分析結(jié)果Table4 EDSresultsof825steelcorrosionproducts (At%)材質(zhì)t/℃COSCrNiFe825鋼557.029.194.1323.6034.5628.528014.1719.63.6616.1823.2120.16

由圖4(a)和圖5(a)可以看出，110SS-2Cr鋼和T95鋼在溫度為55 ℃時(shí)，形成了完整連續(xù)覆蓋的腐蝕產(chǎn)物膜。該層膜可降低進(jìn)入膜內(nèi)和膜下通道腐蝕性介質(zhì)的量，也相應(yīng)減少了參與腐蝕電化學(xué)反應(yīng)腐蝕性介質(zhì)的量。因此，在55 ℃時(shí)，110SS-2Cr鋼和T95鋼的腐蝕速率較小，與表3腐蝕速率結(jié)果一致。隨著溫度的升高，兩種低合金碳鋼表面的腐蝕產(chǎn)物膜變厚、結(jié)晶和結(jié)塊趨勢(shì)明顯，晶簇和塊體之間空隙度較大，金屬基體仍將處于活化狀態(tài)，導(dǎo)致覆蓋產(chǎn)物膜的地方與裸露基體之間形成大陰極與小陽(yáng)極的電偶腐蝕，從而加劇局部腐蝕，使腐蝕速率增大。

對(duì)比圖4和圖5還可以看出，55 ℃時(shí)，110SS-2Cr鋼的晶粒明顯比T95鋼的要小而致密，并且在80 ℃時(shí)，110SS-2Cr鋼的腐蝕產(chǎn)物膜屬于緊密堆積型，而T95鋼的相對(duì)松散，且100 ℃時(shí)，T95鋼腐蝕產(chǎn)物膜的開(kāi)裂現(xiàn)象更加嚴(yán)重，故從腐蝕速率上表現(xiàn)為T95鋼高于110SS-2Cr鋼。

表5 110SS-2Cr鋼和T95鋼在不同溫度下的能譜(EDS)分析結(jié)果Table5 EDSresultsofT95steeland110SS-2Crsteel (At%)材質(zhì)t/℃COSCrFe110SS-2Cr鋼5511.7438.609.791.3325.928012.2739.076.241.2833.4210014.9727.915.991.1640.04T95鋼5517.2723.9313.890.6133.608015.0820.196.480.9233.6810014.7411.807.121.0764.01

從能譜分析結(jié)果(見(jiàn)表5)可以看出，兩種低合金碳鋼腐蝕產(chǎn)物的主要成分可能是FexSy系列的化合物和FeCO3，同時(shí)還含有少量的Cr化合物。由表5可知，110SS-2Cr鋼腐蝕產(chǎn)物膜中Cr元素的含量略高于T95鋼，其本質(zhì)原因在于110SS-2Cr鋼中Cr含量遠(yuǎn)高于T95鋼(見(jiàn)表1)。張忠鏵等人[13]認(rèn)為，腐蝕產(chǎn)物膜表層中含Cr化合物可能為非晶態(tài)的Cr2O3和Cr(OH)3，它們使腐蝕產(chǎn)物膜具有陰離子選擇性，減少了腐蝕產(chǎn)物膜與金屬基體界面陰離子溶度，抑制陽(yáng)極反應(yīng)，從而降低了腐蝕速率。植田昌克[14]對(duì)此也進(jìn)行了相應(yīng)的研究，認(rèn)為含鉻鋼在濕CO2環(huán)境中易生成Cr(OH)3，抑制了鐵基體的溶解速率。故110SS-2Cr鋼的耐蝕性能優(yōu)于T95鋼。

2.3 腐蝕產(chǎn)物膜的電化學(xué)性質(zhì)

圖6為鎳基合金825鋼在3種不同溫度下的極化曲線。表6為極化曲線采用Rp擬合的電化學(xué)參數(shù)。

表6 825鋼極化曲線的Rp擬合電化學(xué)參數(shù)Table6 Rpfittingresultsof825steelpolarizationcurvest/℃Ecorr/VIcorr/(A·cm-2)ba/(V·dec-1)bc/(V·dec-1)Rp/(Ω·cm-2)55-0.3720.0000030.2180.15413062.2880-0.1800.0000210.1490.1501545.58100-0.3560.0000070.1760.0762993.24

從圖6可看出，825鋼在55 ℃、80 ℃和100 ℃下都發(fā)生了很強(qiáng)烈的鈍化現(xiàn)象，溫度為55 ℃時(shí),鈍化最為強(qiáng)烈，其次為100 ℃和80 ℃。這是由于，825鋼屬鎳基合金鋼(見(jiàn)表1，38%(w)Ni)，滿足了Sato關(guān)于雙極性鈍化膜形成的條件。在鈍化條件下，825鋼的腐蝕受陽(yáng)極控制。所以,在使用825鋼時(shí)，應(yīng)注意局部腐蝕的發(fā)生，特別是Cl-等穿透性強(qiáng)的陰離子存在時(shí)，應(yīng)尤其注意。且從表6可知，825鋼的自腐蝕電流密度隨溫度變化的趨勢(shì)并不明顯，說(shuō)明825鋼腐蝕速率受溫度影響較小，與圖2變化趨勢(shì)一致。

圖7為110SS-2Cr鋼在3種不同溫度下的極化曲線。表7為極化曲線采用Rp擬合的電化學(xué)參數(shù)。

表7 110SS-2Cr鋼極化曲線的Rp擬合電化學(xué)參數(shù)Table7 Rpfittingresultsof110SS-2Crsteelpolarizationcurvest/℃Ecorr/VIcorr/(A·cm-2)ba/(V·dec-1)bc/(V·dec-1)Rp/(Ω·cm-2)55-0.4100.0000080.1490.1123470.4080-0.3670.0000210.0640.128882.23100-0.3570.0001000.0530.186179.10

從表7可知，I55 ℃=0.000 008 A/cm2，I80 ℃=0.000 021 A/cm2，I100 ℃=0.000 1 A/cm2。從圖7可以看出，當(dāng)溫度為55 ℃時(shí)，110SS-2Cr鋼的陽(yáng)極極化曲線有明顯的鈍化傾向，且自腐蝕電流密度較小，腐蝕速率小，與圖4(a)腐蝕產(chǎn)物膜檢測(cè)結(jié)果吻合。同時(shí)，隨著溫度的升高，自腐蝕電流密度逐漸增大，說(shuō)明110SS-2Cr鋼在反應(yīng)初期，腐蝕速率是隨著溫度的升高而升高的。

圖8為T95鋼在3種不同溫度中的極化曲線。表8為極化曲線采用Rp擬合的電化學(xué)參數(shù)。

表8 T95鋼極化曲線的Rp擬合電化學(xué)參數(shù)Table8 RpfittingresultsofT95steelpolarizationcurvest/℃Ecorr/VIcorr/(A·cm-2)ba/(V·dec-1)bc/(V·dec-1)Rp/(Ω·cm-2)55-0.4460.0000500.0650.254449.4680-0.4200.0001310.0900.197204.77100-0.3440.0001510.0630.274147.30

從表8可知，I55 ℃=0.000 050 A/cm2，I80 ℃=0.000 131 A/cm2，I100℃=0.000 151 A/cm2。明顯可見(jiàn)，隨著溫度的升高，自腐蝕電流密度逐漸增大，說(shuō)明T95鋼的腐蝕速率是隨著溫度的升高而升高的，與圖2的趨勢(shì)一致。

2.4 不同井段3種材質(zhì)的適用性分析

假定井口溫度為30 ℃，地溫梯度為2 ℃/100 m。在井口至1 250 m段，油層套管的服役溫度一般在55 ℃以下，此時(shí)，110SS-2Cr鋼的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂敏感性遠(yuǎn)大于T95鋼，不宜選用110SS-2Cr鋼作為井口段的油層套管。同時(shí)由圖2已知，當(dāng)溫度較低時(shí)，T95鋼的腐蝕速率也較低，故選用T95鋼具有較好的經(jīng)濟(jì)性和適用性。

在井筒底部，油層套管長(zhǎng)期與腐蝕介質(zhì)直接接觸，且服役溫度高。根據(jù)上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在高溫下，T95鋼和110SS-2Cr鋼腐蝕速率高，故井筒底部不宜選用碳鋼。在模擬井筒腐蝕工況下，825鋼腐蝕輕微，具有較高的耐蝕和耐高溫能力，但價(jià)格昂貴，故825鋼用在封隔器及以下井段具有較好的適用性。

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，110SS-2Cr鋼腐蝕產(chǎn)物膜中含有的Cr2O3和Cr(OH)3，可有效阻礙溶液中陰離子向腐蝕產(chǎn)物膜擴(kuò)散，尤其在較高溫條件下，耐電化學(xué)腐蝕性能優(yōu)于T95鋼，且不會(huì)斷裂。故110SS-2Cr鋼用在井筒油層套管中部井段具有較好的適用性。

3結(jié) 論

(1) 在本實(shí)驗(yàn)條件下，825鋼鈍化現(xiàn)象明顯、腐蝕輕微，其腐蝕過(guò)程受陽(yáng)極控制，應(yīng)關(guān)注其局部腐蝕傾向。

(2) 模擬井筒腐蝕工況下，T95鋼和110SS-2Cr鋼的腐蝕速率隨溫度的升高而增加，在100 ℃時(shí)，T95鋼的均勻腐蝕速率為0.124 7 mm/a，110SS-2Cr鋼的均勻腐蝕速率為0.097 4 mm/a，110SS-2Cr 鋼的耐電化學(xué)腐蝕性能遠(yuǎn)優(yōu)于T95鋼。

(3) 隨著溫度的逐漸升高，T95鋼和110SS-2Cr鋼腐蝕產(chǎn)物膜變厚、結(jié)晶和結(jié)塊趨勢(shì)明顯，主要成分是FexSy、FeCO3和含有少量的Cr化合物，110SS-2Cr鋼腐蝕產(chǎn)物膜中Cr含量比T95鋼高，對(duì)基體的保護(hù)作用較強(qiáng)，因而在3種腐蝕工況下的腐蝕速率均低于T95鋼。

(4) T95鋼用于油層套管井口段具有較好的經(jīng)濟(jì)性和適用性，825鋼用在封隔器及以下井段具有較好的適用性，中間段油層套管采用110SS-2Cr鋼具有較好的適用性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 李平全, 史交齊, 趙國(guó)仙, 等. 油套管的服役條件及產(chǎn)品研制開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀(上)[J]. 鋼管, 2008, 37(4): 6-12.

[2] 張仁勇, 漆亞全, 施岱艷, 等. 3Cr鋼在CO2環(huán)境中的腐蝕研究[J]. 石油與天然氣化工, 2012, 42(1): 61-63.

[3] DAVOODI A, PAKSHIR M, BABAIEE M, et al. A comparative H2S corrosion study of 304L and 316L stainless steels in acidic media[J]. Corrosion Science, 2011, 53(1): 399-408.

[4] 俞芳, 高克瑋, 喬利杰, 等. 溫度對(duì)N80鋼CO2腐蝕產(chǎn)物膜結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響[J]. 腐蝕與防護(hù), 2009, 30(3): 145-148.

[5] TANG J W, SHAO Y W, ZHANG T, et al. Corrosion behavior of carbon steel in different concentrations of HCl solutions containing H2S at 90 ℃[J]. Corrosion Science, 2011, 53(5): 1715-1723.

[6] 張雷, 丁工, 劉志德, 等. 溫度對(duì)X65管線鋼濕氣CO2腐蝕的影響[J]. 石油與天然氣化工, 2008, 37(1): 48-51.

[7] YEVTUSHENKO O, BETTGE D, BOHRAUS S, et al. Corrosion behavior of steels for CO2injection[J]. Process Safety and Environmental Protection, 2014, 92(1): 108-118.

[8] 董會(huì), 趙國(guó)仙, 薛艷, 等. CO2腐蝕環(huán)境中溫度對(duì)5Cr鋼腐蝕性能的影響[J]. 腐蝕與防護(hù), 2010, 31(5): 365-368.

[9] 姜放, 戴海黔, 曹小燕, 等. 油套管在CO2和H2S共存時(shí)的腐蝕機(jī)理研究[J]. 石油與天然氣化工, 2005, 34(3): 213-215.

[10] 朱世東, 劉會(huì), 白真全, 等. 模擬油田CO2/H2S環(huán)境中P110鋼的動(dòng)態(tài)腐蝕行為[J]. 石油與天然氣化工, 2009, 38(1): 65-68.

[11] 陳長(zhǎng)風(fēng), 姜瑞景, 張國(guó)安, 等. 鎳基合金管材高溫高壓H2S/CO2環(huán)境中局部腐蝕研究[J]. 稀有金屬材料與工程, 2010, 39(3): 427-432.

[12] SATO N. Toward a more fundamental understanding of corrosion processes[J]. Corrosion, 1989, 45(5): 354-368.

[13] 張忠鏵, 黃子陽(yáng), 孫元寧, 等. 3Cr抗CO2和H2S腐蝕系列油套管開(kāi)發(fā)[J]. 寶鋼技術(shù), 2006(3): 5-9.

[14] 植田昌克. 合金元素和顯微結(jié)構(gòu)對(duì)CO2/H2S環(huán)境中腐蝕產(chǎn)物穩(wěn)定性的影響[J]. 石油與天然氣化工, 2005, 34(1): 43-52.

Applicability assessment of three different production casings in sour gas wells

Zeng Dezhi1，Zhang Naiyan1，Chen Rui2，Wang Feng3，Shi Taihe1， Ren Chengqiang1

(1.StateKeyLaboratoryofOilandGasReservoirGeologyandExploitationinSouthwestPetroleumUniversityChengdu610500,China; 2.SichuanKehongPetroleumEngineeringCo.,Ltd.,Chengdu613213,China; 3.Research

InstituteofNaturalGasTechnology,PetroChinaSouthwestOil&GasfieldCompany,Chengdu610213,China)

Abstract:In order to assess the applicability and effect of temperature on corrosion behavior, the common specimens of three production casing steels(T95,110SS-2Cr and 825 steel) in different depths were subjected to acidic solution containing both 0.55 MPa H2S and 0.75 MPa CO2at 55-100 ℃for 72 h in an autoclave, and micromorphologies and chemical compositions of corrosion products were obtained through scanning electron microscope (SEM) and energy dispersive X-ray (EDX), respectively. The weight-loss results show that the corrosion of 825 steel is slight according to the SY5329 standard, and the corrosion rate of 110SS-2Cr is lower than that of T95 steel, which explains its better anti-electrochemical corrosion performance. Besides, the corrosion rates of T95 steel and 110SS-2Cr steel increase as temperature rises. The microscopic analysis indicates that with temperature increasing, the corrosion products of T95 steel and 110SS-2Cr steel thicken and the tendency of crystallization and agglomeration is obvious, and the main chemical compositions are FexSy, FeCO3and small amount of Cr. It is noted that the Cr content of 110SS-2Cr steel is higher than that of T95 steel, which accounts for the better protective effect and lower corrosion rate of 110SS-2Cr steel. Therefore, T95 steel is suggested to apply at the wellhead of production casing for its economy and practicality, the 825 steel can be used below the packer of production casing with its higher expense, 110SS-2Cr steel is appropriate to be used in the middle of production casing because of its poor SSCC resistance.

Key words:H2S/CO2, production casing, corrosion rate, polarization curves, corrosion products, applicability assessment

收稿日期：2014-12-19；編輯：馮學(xué)軍

中圖分類號(hào)：TE983

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1007-3426.2015.04.015

作者簡(jiǎn)介：曾德智(1980-)，副研究員，博士,研究方向?yàn)槭凸芰W(xué)與環(huán)境行為。E-mail:zengdezhi1980@163.com

基金項(xiàng)目：①國(guó)家自然科學(xué)基金“腐蝕與脈動(dòng)沖擊載荷共同作用下超高強(qiáng)度鉆具疲勞損傷行為與控制機(jī)制研究”(51374177)。