X65碳钢和316L不锈钢在模拟油田采出水中的腐蚀行为研究

摘要

腐蚀是现代工业和生活中的重要破坏因素之一,我国年腐蚀损失约占国民生产总量的6％。随着含CO2油气井的不断发现,油气田管线的腐蚀事故越来越多,因此了解金属材料在油田环境中的腐蚀行为成为近年来研究的热点。本文主要针对油田中常用的 X65碳钢和316L不锈钢研究了其在模拟油田采出水中的腐蚀行为,并探究其腐蚀机理,为其应用及防护提供理论基础。
　　本文主要通过失重法和极化曲线、电化学交流阻抗法并结合扫描电镜、X射线衍射等物理检测手段研究了温度、醋酸浓度和 CO2分压对 X65碳钢在模拟油田采出水中的腐蚀行为的影响。结果表明:在模拟油田采出水温度范围为20-90℃时,随温度的升高,X65碳钢的腐蚀速率增加,最大腐蚀速率为2.75 mm.a-1。在温度为20℃时,阴极出现极限扩散电流密度,温度升高,阴、阳极电流密度均增加。塔菲尔斜率 bc>ba,整个腐蚀反应主要由阴极反应控制。在交流阻抗图中均有一个容抗弧组成,随温度升高,容抗弧半径减小。浸泡48 h之后,在90℃时腐蚀速率下降,碳钢表面生成了 FeCO3,阻碍了腐蚀的发生。由此可以得出,高温有利于腐蚀产物的形成。当醋酸浓度在0-2000 ppm时,X65碳钢的腐蚀速率随醋酸浓度的增加腐蚀速率增大。醋酸的加入促进电极阴极反应,主要发生醋酸的还原反应。在含2000 ppm醋酸的模拟油田采出水中,温度升高,溶液 pH值降低,腐蚀速度加快。浸泡48 h之后,电极表面没有生成 FeCO3,说明一定量的醋酸可以溶解碳钢表面的 FeCO3。在 CO2分压为0-0.2 MPa时,X65碳钢的腐蚀速率随 CO2分压的增加呈直线性增加。增加 CO2的浓度,加速了阴极反应。在低温下交流阻抗谱图中出现了感抗;温度升高,低频感抗弧消失。浸泡48 h之后,在90℃的饱和 CO2的油田采出水中碳钢表面生成了 FeCO3,一定程度上抑制了碳钢的腐蚀。CO2和醋酸的混合液对 X65碳钢的腐蚀起着协同作用,在混合液中腐蚀速率最大,FeCO3的生成与溶液在醋酸与 CO2混合液中存在一个动态平衡。X65碳钢在油田采出水中主要发生均匀腐蚀。
　　采用失重法,阳极极化曲线、电化学交流阻抗以及扫描电镜技术研究了温度、醋酸浓度和 CO2分压对316L不锈钢在模拟油田采出水中的腐蚀行为。结果表明:316L不锈钢在油田采出水中主要发生点腐蚀。在温度20-90℃时,腐蚀速率随温度的升高先增加后减小,60℃时腐蚀速率最大,此时点蚀最大深度为0.145 mm,点蚀密度为0.68个.cm-2。从20℃升高到60℃时,随着温度的升高,316L不锈钢击破电位渐降低,导致点蚀诱发敏感性增强;而随着温度进一步升高,生成具有保护作用腐蚀产物膜,点蚀敏感性减弱;316L不锈钢在模拟油田采出水中醋酸浓度为0-2000 ppm时,随醋酸浓度的增加腐蚀速率先增加后减弱,醋酸浓度为1000 ppm时,腐蚀速率最大。低浓度的醋酸比较容易破坏钝化膜,击破电位随醋酸浓度的增加先降低后升高。316L不锈钢在油田采出水中 CO2分压为0-0.2 MPa时,随 CO2分压的增加腐蚀性先增加后减弱,当 CO2分压为0.1 MPa时,钝化区间出现毛刺现象,钝态不稳定,耐蚀性最差。

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0 前言

1 文献综述

1.1 金属腐蚀的概述

1.1.1 均匀腐蚀

1.1.2 局部腐蚀

1.2 二氧化碳腐蚀机理

1.3 影响油田采出水腐蚀的主要因素

1.4 本文的研究思路及研究内容

2 X65 碳钢在模拟油田采出水中的腐蚀行为的研究

2.1 前言

2.2 实验材料、试剂和仪器

2.2.1 实验材料

2.2.2 实验仪器及试剂

2.3 实验方法

2.3.1 失重实验

2.3.2 电化学测试

2.3.3 表面分析

2.4 结果与讨论

2.4.1 温度对 X65 碳钢腐蚀行为的影响

2.4.2 醋酸浓度对 X65 碳钢腐蚀行为的影响

2.4.3 CO2 分压对 X65 碳钢腐蚀行为的影响

2.4.4 CO2 和 HAc 对 X65 碳钢腐蚀行为的共同影响

2.5 小结

3 316L 不锈钢在模拟油田采出水中的腐蚀行为研究

3.1 前言

3.2 实验材料、仪器及试剂

3.2.1 实验材料

3.2.2 实验仪器及试剂

3.3 实验方法

3.3.1 失重实验

3.3.2 电化学测试

3.3.3 表面分析

3.4 结果与分析

3.4.1 温度对 316L 不锈钢腐蚀行为的影响

3.4.2 醋酸浓度对 316L 不锈钢腐蚀行为的影响

3.4.3 CO2 分压对 316L 不锈钢腐蚀行为的影响

3.4.4 CO2 与 HAc 对 316L 不锈钢对腐蚀行为的影响

3.5 小结

4 总结

参考文献

致谢

个人简历

硕士期间发表的学术论文