论文部分内容阅读
随着高酸性油气井的不断开发,H2S、CO2对管杆材料的腐蚀行为极大的制约了石油天然气的开采和输送。腐蚀介质中H2S、CO2的存在增加了管线钢发生氢气致开裂(HIC)的可能性,而X52钢是我国油气采输过程中应用比较广泛的一种管线钢,因而研究这类钢在不同环境中的氢透规律和氢致开裂敏感性,对于油气的安全开采、输送以及在实践中采取相应措施来避免灾难性事故友重要意义。本文采用X52管线钢作为实验材料,采用Devnathan-Stachurski双电解池法分别研究了X52钢在CO2、H2S、H2S/CO2环境中的氢渗透行为,总结了酸性气体、温度和pH值对氢渗透的影响规律。采用浸泡法研究了X52钢在不同酸性气体、介质温度下的氢致开裂行为,通过SEM和EDS分析了腐蚀产物膜。实验结果表明,X52钢分别在CO2、H2S、H2S/CO2饱和气体溶液中稳态渗氢电流由大到小的顺序为H2S>H2S/CO2>CO2,腐蚀介质重的H2S气体对氢原子复合的“毒化作用”导致H2S和H2S/CO2环境中的稳态渗氢电流明显的大于C02环境,在H2S/CO2环境中由于CO2在材料表面的竞争性吸附减小了H2S的毒化作用,所以H2S环境中的稳态渗氢电流大于H2S/CO2共存环境。X52钢在CO2、H2S、H2S/CO2环境中的氢渗透行为受温度和pH值的影响较大,稳态渗氢电流随着pH值的减小而增大,而温度升高会导致稳态渗氢电流增大,氢扩散系数与介质温度的关系符合Arrhenius方程。在CO2、H2S、 H2S/CO2气体环境中测得的扩散激活能数值分别为26105J·mol-1、27727J·mol-1、27935J·mol-1, X52钢试样表面在H2S、H2S/CO2环境中会产生不同类型的腐蚀产物膜,这些腐蚀产物膜会对氢原子的扩散产生不同程度的阻碍作用,导致X52钢在H2S和H2S/CO2环境中的扩散激活能数值不同。文献报道的工业纯铁中氢的扩散激活能数值为7710J·mol-1, X52钢中的合金元素阻碍了氢原子的扩散,所以X52钢在3种气体环境中的都扩散激活能远远大于工业纯铁。相同温度下,X52钢在单独HS环境中的腐蚀产物膜比H2S/CO2共存环境中更加致密,腐蚀环境温度升高会使腐蚀产物膜中贫S型腐蚀产物FeS1-x含量增加,大量含有FeS-x的腐蚀产物膜结构比较疏松,增强了点蚀的严重程度。对比分析X52钢试样分别在温度为20℃C的H2S环境、温度为50℃C的H2S环境、温度为20℃C的H2S/CO2环境和温度为50℃C的H2S/CO2环境中的裂纹长度率(CLR)、裂纹宽度率(CTR)和裂纹敏感率(CSR)发现,X52钢在H2S环境中的氢致裂纹参数值大于H2S/CO2环境发现,提高温度促进了氢致裂纹的形核和扩展。根据API标准,认为CLR≤15%, CTR≤3%-5%, CSR≤1.5%-2%时,则材料对氢致开裂不敏感,在本文的4种腐蚀环境中,X52钢在温度为50℃C的H2S环境中CLR、CTR、CSR的数值在4种环境中是最大值,分别达到5.5%、1.5%和0.12%,都小于要求的上限值,所以X52管线钢对氢致开裂敏感性较低。