管线钢X52在含硫环境中的腐蚀行为的研究

摘要

高含硫气藏在中国乃至世界范围内广泛分布，随着世界能源供需的加大，开发利用高含硫气田逐渐成为研究的重点和热点。随着高含H2S油气的产出，H2S中的硫磺因溶解度下降而析出，油套管在这种苛刻使用条件下的耐蚀性能是亟待解决的技术问题。探讨和研究X52级碳钢油套管在硫沉积条件下的腐蚀规律对于油气田的安全开采，以及减少或避免实践过程中灾难性事故的发生有着重要的指导意义。
　　 利用聚四氟乙烯反应釜探究含硫环境对管线钢X52腐蚀速率的影响以及随反应温度及腐蚀介质酸碱性变化的规律。实验结果表明，元素硫(S8)的沉积作用使X52在5％NaCl溶液中腐蚀速率升高了一个数量级;并且随温度的升高以及溶液酸性的增强，X52腐蚀趋于严重。腐蚀产物的微观形貌分析显示，X52在硫环境中腐蚀产物层疏松，呈层状分布，容易从基体脱落，因而不具有明显的保护性。物相分析结果显示X52在含硫环境中的腐蚀产物主要为FeS。动电位扫描极化曲线以及EIS阻抗谱显示，元素硫(S8)的沉积使得X52阻抗减小，自腐蚀电流密度升高，即加剧了阳极的溶解过程。随着腐蚀介质pH值的降低，阻抗减小，自腐蚀电流密度升高，这与腐蚀模拟实验得到的结果吻合。对130℃实验组试样腐蚀产物膜进行膜电位测试，证实该腐蚀产物层为阴离子选择性。为减缓元素硫(S8)的沉积以及其对X52造成的腐蚀，采用DMDS作为溶硫剂，使150℃实验组试样的腐蚀速率降低了99％，这是解决硫腐蚀的一种有效途径。
　　 最后根据NACE TM0284-2003标准和NACE TM0177-2005标准分别进行了X52管线钢的氢致开裂(HIC)试验和硫化物应力开裂(SSC)试验，其抗氢致开裂性和硫化物应力开裂敏感性符合验收标准。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究的目的及意义

1．2 元素硫腐蚀概况

1．2．1 元素硫腐蚀的基本过程

1．2．2 元素硫腐蚀的机理

1．2．3 影响硫腐蚀的因素

1．2．4 金属硫化腐蚀层的形态及特征

1．3 H2S／CO2腐蚀研究现状

1．3．1 H2S的特性、来源及腐蚀机理

1．3．2 CO2的特性、来源及腐蚀机理

1．3．3 H2S／CO2共存条件下的腐蚀机理

1．4 研究的背景

1．5 研究的主要内容

第2章 管线钢X52在含硫环境中腐蚀模拟实验

2．1 实验材料

2．2 实验装置及步骤

2．3 实验方法简介

2．3．1 失重法测定试样腐蚀速率

2．3．2 腐蚀形貌的SEM观察

2．3．3 腐蚀产物物相的XRD分析

2．4 实验结果的分析与讨论

2．4．1 腐蚀形貌

2．4．2 腐蚀产物的物相分析

2．4．3 腐蚀速率的变化规律

2．5 本章小结

第3章 管线钢X52在含硫环境中腐蚀的电化学测试

3．1 实验过程

3．2 实验方法简介

3．2．1 交流阻抗技术

3．2．2 极化曲线测量

3．3 实验结果与分析

3．3．1 极化曲线实验结果

3．3．2 交流阻抗实验结果

3．4 本章小结

第4章 管线钢X52在含硫环境中腐蚀产物膜的离子选择性研究

4．1 半透膜的制备

4．2 离子在半透膜中的传质原理

4．3 实验原理及实验装置

4．4 实验步骤

4．5 实验结果与讨论

4．6 本章小结

第5章 溶硫剂对X52在含硫环境中腐蚀的影响研究

5．1 防止硫腐蚀的措施

5．2 DMDS溶解硫的原理

5．3 实验过程

5．4 实验结果与分析

5．4．1 腐蚀形貌比较

5．4．2 腐蚀速率比较

5．5 本章小结

第6章 管线钢X52氢致开裂(HIC)试验和硫化物应力开裂(SSC)实验

6．1 实验过程

6．1．1 氢致开裂(HIC)试验

6．1．2 硫化物应力开裂(SSC)试验

6．2 实验结果及分析

6．2．1 氢致开裂(HIC)试验结果及分析

6．2．2 硫化物应力开裂(SSC)试验结果及分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果