江石媛+曾媛
摘 要:CO2腐蝕是石油天然氣開采過程中的主要腐蝕問題。文章在研究CO2腐蝕行為的基礎(chǔ)上,通過電化學(xué)測量技術(shù),研究了低Cr鋼不同鉻含量材料的極化曲線,并進行了分析說明。試驗結(jié)果表明:3Cr鋼和5Cr鋼的自腐蝕電位較為相近,均高于P110鋼,從臨界鈍化電位和臨界鈍化電流角度分析,5Cr鋼的抗腐蝕性能優(yōu)于3Cr鋼。
關(guān)鍵詞:低Cr鋼;CO2腐蝕;極化曲線
油氣開發(fā)過程中,地層中的CO2會對油管、套管以及管線等設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕[1]。我國許多油田如四川氣田、勝利油田、吉林油田等存在嚴(yán)重的CO2腐蝕,國外的美國Panama油田、挪威的一些油氣田以及中東地區(qū)的一些油氣田等也存在CO2腐蝕問題[2-3]。目前,針對CO2腐蝕所采取的防護措施主要有:采用耐蝕材料、加注緩蝕劑和采用防腐涂覆層。但是,由于緩蝕劑長期投資很高,涂覆層使用過程中存在破損造成局部腐蝕的隱患,耐蝕合金的價格昂貴,一次性投資成本較高,特別是對于產(chǎn)量較低的油井使用起來存在經(jīng)濟效益和投資比太低的問題。從20世紀(jì)90年代起,國內(nèi)外很多研究機構(gòu)都在進行低Cr鋼的開發(fā)來代替耐蝕合金,這樣使得低Cr鋼的研究成為目前CO2腐蝕控制最熱門的課題[4-5]。
文章通過模擬油田現(xiàn)場工況環(huán)境,研究鋼管抗CO2腐蝕性能,并分析不同Cr含量對鋼管耐蝕性能的影響,為低Cr耐蝕材料在油田中的安全使用提供技術(shù)依據(jù)。
1 試驗
試驗所用低Cr合金鋼管在普通鋼管的基礎(chǔ)上分別添加了質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%和5%的Cr,并適當(dāng)降低了鋼中C和Mn的含量,以保證能夠獲得預(yù)期的抗CO2腐蝕性能,同時滿足鋼管的力學(xué)性能要求。試樣經(jīng)由管坯準(zhǔn)備→加熱→定心→穿孔→穿棒縮口→頂管→松棒→脫棒→切頭尾→再加熱→張力減徑→熱處理后,材料化學(xué)成分見表1。
電化學(xué)試驗中,采用極化曲線法來研究金屬腐蝕。極化曲線法是通過對陽極極化曲線的測量及分析,獲得金屬在所給介質(zhì)中溶解腐蝕和純化的信息,為金屬的防護提供試驗及理論依據(jù)。根據(jù)極化曲線實驗的相關(guān)試樣要求,所取試樣均采用線切割方式被切割成表面為1cm2,厚度大于2mm的方形試塊,并用環(huán)氧樹脂進行封裝。試驗前,將試樣工作面分別用砂紙逐級打磨以消除機加工刀痕,并用丙酮進行超聲清洗,除油,去離子水清洗,然后干燥。試驗時在常溫常壓下進行,腐蝕溶液選擇為10%的碳酸氫鈉溶液加5%的冰醋酸,溶液的體積為300ml。溶液配制完成后靜置3分鐘開始測試,測試過程中利用NaHCO3和CH3COOH不斷反應(yīng)生成大量CO2氣體創(chuàng)造出CO2腐蝕環(huán)境。參比電極為飽和甘汞電極(SCE),輔助電極為鉑電極。
2 結(jié)果與討論
如圖1為不同Cr含量的抗CO2腐蝕材質(zhì)(P110、3Cr、5Cr鋼管)的極化曲線圖,其極化曲線數(shù)據(jù)見表2。
由表2可以看出,3Cr和5Cr的自腐蝕電位相近,高于P110。3Cr和5Cr從自腐蝕電位、腐蝕速率和自腐蝕電流來分析其抗CO2腐蝕性,5Cr略優(yōu)于3Cr。若參考臨界鈍化電位和臨界鈍化電流,5Cr的抗腐蝕性應(yīng)好于3Cr。從極化曲線中陽極極化曲線可知,P110、3Cr、5Cr材料的臨界鈍化電位逐漸向負(fù)電位方向移動,臨界鈍化電流密度逐漸向正方向移動,表明按這個順序材料越來越容易鈍化,材料的抗CO2腐蝕性能越來越好。3Cr、5Cr極化曲線的走勢相似,并且在0.75~1.20V之間的出現(xiàn)電流峰,可能原因是在此區(qū)間發(fā)生晶間腐蝕。
3 結(jié)束語
通過對不同Cr含量的抗CO2腐蝕材質(zhì)的極化曲線進行對比,表明3Cr和5Cr的自腐蝕電位較為相近,均高于P110。從臨界鈍化電位和臨界鈍化電流角度分析,5Cr的抗腐蝕性能應(yīng)好于3Cr。因此應(yīng)依據(jù)油氣田本身的特點,來綜合考慮選擇5Cr油套管。
參考文獻
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科技創(chuàng)新與應(yīng)用2016年33期