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本论文以典型含CO2油田为研究背景,模拟塔里木某油气田腐蚀介质,以P110级油套管为主要研究对象,采用动、静态高温高压釜装置进行腐蚀试验,并以失重法和SEM、EDS、XRD等现代分析手段及电化学测试方法,探寻油套管抗冲刷腐蚀机理,并对现用的防腐措施进行了室内试验评价。
对P110在不同影响因素条件下的抗动态腐蚀行为进行试验结果表明:静态条件下其腐蚀速率在100℃时达到最大,而在动态条件下在60℃时达到最大值;在140℃~160℃,P110钢的腐蚀速率趋于平缓;160℃时,P110钢在动态和静态时的腐蚀速率趋同。随着CO2分压的增大,P110钢平均的腐蚀速率静态时呈现先增大后减小的趋势,且在4MPa时取得最大值;动态时,呈先是增大迅速,然后呈线性缓慢增大。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0.06Mpa时取得最大值。随着流速的增大,P110的腐蚀速率先减小后增大,且在1m/s时,腐蚀速率最小。随着Cl-浓度的增大,P110平均的腐蚀速率呈现先增大后减小的趋势,且在Cl-浓度为50000mg/L时取得最大值。
随着温度的升高,P110的自腐蚀电位逐渐减低,腐蚀驱动力增强。P110在不同温度下的ElS曲线中时间常数均有三个,即高频区的容抗弧和低频区的感抗弧与容抗弧。
利用粘接拉脱法测量测试产物膜性能,当受到拉应力时,P110的表层膜与内层膜的粘附力为5.89~6.16MPa,内层膜与基体的粘附力为8.96~10.33MPa。受到切应力时,表层膜与内层膜之间的粘附力为6.38~8.54MPa,内层膜与基体的粘附力为15.58~25.91MPa。由干磨损实验得知,随着温度的升高或CO2压强的增大,产物膜的耐磨损性呈现与其耐腐蚀性相同的规律。
利用正交表研究流速与腐蚀的交互作用,由极差分析知,温度是流动腐蚀最大的影响因素,其次是流速与腐蚀的协同作用,温度和流速间的协同作用对腐蚀速率的影响最小。用方差分析的结果与用极差分析的结果比较吻合。利用自制的磨损装置在两相(液固)强酸介质中,考察比较了P110油套管的腐蚀磨损行为,提出用交互作用因子表示其腐蚀磨损的交互作用,试验结果证实了交互作用因子法的科学性和简便性。进而探寻冲刷腐蚀机理,介质的流动不仅加速了传质过程,同时也将疏松的产物冲刷掉,油套管在这两种竞争机制下呈现不同的腐蚀特征,再加上Cl-的存在更加重了金属的腐蚀。
由室内防腐措施试验评价得知:13Cr的抗动态腐蚀的能力无论是不同的温度、CO2分压还是流速条件下都优于N80与P110;2-1#缓蚀剂是一种性能稳定的气液相缓蚀剂。编号为JL-1的涂层附着力较好;动态分析方法考虑了投入资金的多少,而且也考虑了投资的利率和随时间推移而产生的增值。