周泉

摘 要：利用高溫高壓電化學(xué)測試反應(yīng)釜、電化學(xué)工作站（含高溫高壓測試系統(tǒng)）對鎢合金鍍層和P110裸鋼進(jìn)行電化學(xué)測試，得出鎢合金鍍層在60?C、90?C、120?C三個溫度下CO2分壓1.0MP油田模擬腐蝕介質(zhì)環(huán)境下的自腐蝕電位高于P110裸鋼，鎢合金鍍層自腐蝕電流密度明顯小于P110裸鋼。研究表明，鎢合金鍍層的抗腐蝕性能明顯優(yōu)于P110裸鋼。

關(guān)鍵詞：鎢合金鍍層；P110鋼；CO2；高溫高壓；耐腐蝕性

0.前言

隨著油田開發(fā)進(jìn)入高含水期，油井含水率不斷上升，普遍超過換相點(diǎn)含水74%，采油難度逐漸加大，腐蝕、結(jié)垢問題成為油水井管柱的失效的主要問題[1]。N80材質(zhì)油管內(nèi)壁通過鎢合金鍍層防腐處理后經(jīng)過勝利油田、中原油田、南陽油田、江蘇油田等國內(nèi)各大油田實(shí)際應(yīng)用已經(jīng)證實(shí)鎢合金鍍層在防腐蝕、防結(jié)垢的優(yōu)異特性[2]。本次試驗研究針對P110材質(zhì)經(jīng)過鎢合金鍍層處理后在60℃、90℃、120℃三個溫度下CO2分壓1.0MP油田模擬腐蝕介質(zhì)環(huán)境下的耐蝕性能明顯優(yōu)于P110裸鋼。

1.實(shí)驗材料及測試方法

1.1實(shí)驗材料

高溫高壓電化學(xué)測試和高溫高壓腐蝕模擬實(shí)驗采用P110裸鋼和鎢合金鍍層兩種材料。其中，電化學(xué)試樣尺寸為工作面積為10mm×10mm，厚度為5mm的臺階形試樣，試樣加工圖紙見圖1。

圖1高溫高壓電化學(xué)測試用試樣尺寸圖

高溫高壓模擬實(shí)驗試樣尺寸為直徑87mm，弧長30mm，面寬12mm，厚度4mm的弧形試樣，每組試驗選用二個平行試樣。

1.2測試方法

電化學(xué)測試和腐蝕模擬實(shí)驗采用介質(zhì)按照油田采出水各種成分，利用去離子水和分析純化學(xué)試劑配制而成。

電化學(xué)測試采用1.5L高溫高壓電化學(xué)反應(yīng)釜和CHI660D電化學(xué)綜合測試系統(tǒng)，電化學(xué)測試采用三電極體系，其中工作電極為P110裸鋼和鎢合金鍍層，工作面積為1cm2，輔助電極為鉑片電極，參比電極為日本東伸公司高溫高壓Ag/AgCl電極。高溫高壓腐蝕模擬實(shí)驗采用3L高溫高壓磁力驅(qū)動CO2反應(yīng)釜進(jìn)行。

將P110和鎢合金鍍層兩種材料加工成如圖1所示的電化學(xué)試樣，將其浸入盛有丙酮的燒杯中，放入超聲波清洗儀中清洗20min，除掉試樣表面的油污，用酒精清洗后冷風(fēng)吹干。將銅導(dǎo)線焊接在試樣上，分別使用環(huán)氧和硅膠進(jìn)行電化學(xué)試樣的封裝。工作電極P110裸鋼逐級打磨至800#砂紙，鎢合金鍍層無需打磨，去離子水清洗，酒精脫水，冷風(fēng)吹干。

測試前向溶液中通入高純CO2（含量>99.99%）氣體10h以上，以除去溶液中溶解的氧。將電化學(xué)試樣裝入高溫高壓電化學(xué)反應(yīng)釜中，再快速除氧1h后升溫。達(dá)到實(shí)驗設(shè)計要求時，立即監(jiān)測自腐蝕電位（Ecorr）15min，待自腐蝕電位的波動范圍穩(wěn)定在±1mV之內(nèi)時，立即進(jìn)行動電位極化曲線測量。動電位極化曲線測試電位范圍：±250mVvs.Ecorr，掃描速率為0.5mV/s。測試過程中持續(xù)向溶液中通CO2，使其為CO2飽和溶液。

待測試結(jié)束后將相對于Ag/AgCl參比電極的電位轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬τ陲柡透使姌O（SCE）電位，利用Origin軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并作圖。

將P110裸鋼和鎢合金鍍層材料加工成為腐蝕模擬實(shí)驗用φ87mm的弧形試樣，經(jīng)過800#砂紙打磨后，將其浸入盛有丙酮的燒杯中，放入超聲波清洗儀中清洗20min，除掉試樣表面的油污，酒精清洗冷風(fēng)吹干；然后用精度0.1mg的電子分析天平稱量試樣的重量，用精度0.02mm的游標(biāo)卡尺測量試樣的尺寸，并計算試樣腐蝕面的面積，記錄測量的數(shù)據(jù)。然后將試樣封裝到試樣夾具上。

腐蝕試驗采用磁力驅(qū)動高溫高壓CO2反應(yīng)釜。實(shí)驗溶液在試驗前用CO2除氧10h后，倒入反應(yīng)釜后再除氧2h后升溫，到設(shè)定的溫度后，再增大CO2壓力到1Mpa后開始計時，實(shí)驗的周期為10天。

每組試驗采用二個平行試樣，試驗結(jié)束后取出試樣，經(jīng)清水酒精沖洗吹干拍照；然后將試樣放入除銹液中，去除腐蝕產(chǎn)物膜后清洗干燥，使用精度為0.1mg的電子分析天平稱重。以同樣的處理方法進(jìn)行空白試樣清洗和稱重。腐蝕速率按照以下公式進(jìn)行計算：

R：腐蝕速率，mm/a；

M：實(shí)驗前的試樣質(zhì)量，mg；

Mt：實(shí)驗后的試樣質(zhì)量，mg；

Mk：空白試樣的失重，mg；

S：試樣的總面積，cm2；

T：實(shí)驗時間，h；

D：材料的密度，g/cm3。

2.實(shí)驗結(jié)果及分析

2.1高溫高壓電化學(xué)測試結(jié)果（圖略）

2.2高溫高壓腐蝕模擬實(shí)驗結(jié)果（圖略）

3.實(shí)驗結(jié)論與建議

（1）在CO2分壓為1MPa，60℃、90℃和120℃三個溫度高溫高壓油田模擬腐蝕介質(zhì)條件下通過電化學(xué)測試得出，鎢合金鍍層的自腐蝕電位高于P110鋼，鎢合金鍍層的自腐蝕電流密度明顯小于P110裸鋼，鎢合金鍍層的腐蝕性能明顯優(yōu)于P110鋼。

（2）在CO2分壓為1MPa，60℃、90℃和120℃三個溫度下高溫高壓釜腐蝕實(shí)驗由失重法得到，鎢合金鍍層具有顯著優(yōu)于P110鋼的耐平均腐蝕、點(diǎn)蝕性能。

（3）油田用P110油管可以通過鎢合金工藝處理，在油管內(nèi)壁電鍍鎢合金鍍層從而更好的起到油田防腐性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]萬里平，唐酞峰，孟英峰。長慶油田油井井筒腐蝕機(jī)理與防護(hù)措施[J].石油與天然氣化工，2006，35（4）：311-314