温度和Cl-浓度对完井液中Cr13油管的电化学腐蚀的影响.pdf
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1、油田环境地质复杂,导致产油过程中的油套管极易发生腐蚀。在油田进入注水期之后,井下油管服役工况更加复杂、环境更加恶劣,会造成输油管壁发生严重的腐蚀。针对 不锈钢油管,研究温度和 浓度对完井液中 电化学腐蚀的影响。在模拟现场实际工况的基础上,测试了温度为 、质量分数为 的完井液中 的开路电位、电化学阻抗谱和极化曲线。研究结果表明 的开路电位较负(),表现出较高的腐蚀倾向性;极化曲线阳极区呈现活性溶解状态,未发生钝化,表明 的电化学反应活性很高;电化学阻抗随温度和 浓度增加而减小,表明 表面钝化膜稳定性减弱。采用注水、注缓蚀剂和防腐涂层等措施对预防输油管腐蚀十分有效。关键词:电化学腐蚀;温度;不锈钢
2、油管收稿日期:;修回日期:。作者简介:张伟(),高级工程师,本科,主要从事石油化工腐蚀与分析。:基金项目:中海石油(中国)有限公司科研项目“新型油管隔热防腐涂料技术研究”()油田地质环境复杂,面临着二氧化碳含量高、蜡含量高和易结蜡等问题,因此产油过程中的油套管极易发生腐蚀,给油田的生产带来很大的安全隐患 。目前国内主要油田进入注水期,这使得井下油管的服役工况更加复杂和恶劣,服役温度高和腐蚀性离子浓度高等均使得油田的井下油管出现严重腐蚀现象。调研发现,输油管内壁腐蚀问题已经成为井下输油的关键技术难题之一,严重制约国内油田的安全稳定生产 。在生产实践中,控制油井腐蚀往往选用“碳钢 缓蚀剂”、“涂层
3、 外加电流阴极保护”或“耐蚀合金”等方式,前两种方法虽然比较经济,但是效果有限。如果直接选用高性能不锈钢(如超级 、双相不锈钢、镍基合金等材质)进行防腐,从延长服役周期和应对更加恶劣的服役条件考虑,耐蚀高级不锈钢可能是最为经济且绿色环保的有效防护手段。不锈钢中的 元素能极大地提高不锈钢的防腐性能,在油田中已经有了应用先例。但最近某油田井下使用的 不锈钢油管遭受了很严重的腐蚀。因此,进一步研究 在特定油管服役环境(高温、高 浓度)下的防腐性能具有很大的现实意义。试验试验材料为油管材料 不锈钢。试样加工成薄片状,用环氧树脂将三面密封,留出 的工作面,背后用焊锡将 不锈钢与铜导线连接。在测试前,将
4、不锈钢分别用 ,和 目的砂纸打磨,并用最低 的金刚石抛光液进行抛光,洗净吹干后备用。电化学测试:测试在辰华 上完成。采用三电极体系,片作为辅助电极,雷磁固态 电极()作为参比电极。电化学池在水浴锅中加热至所需温度,并同时进行电化学测试。研究温度影响时,完井液的主要成分为质量分数 。研究 浓度影响时,完井液中的氯化钠质量分数分别为 ,和 ,温度为 。电化学阻研究石油化工腐蚀与防护 年第 卷抗谱()的频率测试范围从 到 ,施加 的交流电压。极化曲线的电位扫描范围为 (开路电位)(开路电位),扫描速率为 。结果与讨论 温度对 的腐蚀影响 开路电位测试图 是 在不同温度下的开路电位。结果表明,随着完井
5、液的温度从 上升到,的开路电位从 降至 。开路电位的值越负表明金属腐蚀倾向性越大,也说明温度上升加大了 的腐蚀倾向 。这是因为温度升高,金属表面电化学反应活性增大,从而造成腐蚀加剧。此外,温度升高导致溶液中的溶解氧降低,因此造成钝化膜的致密性降低,耐蚀性也随之降低。阻抗谱测试图 为 在不同温度下的电化学阻抗谱。从图 可以看出,随着温度升高,图的容抗弧半径逐渐变小,表示钝化膜的电化学阻抗值变小,腐蚀阻力变小 。在 图里,低频 ()随温度升高显著降低。一般认为低频 可以大体反映出金属的防腐蚀性能,而 的低频 在 的变化范围内降低了近一个数量级,说明随着温度升高,的防腐性能急剧下降,这个趋势与开路电
6、位测试的结果一致。图 在不同温度完井液中的开路电位图 在不同温度下的电化学阻抗谱为了进一步分析钝化膜性能,将等效电路进行了拟合,详见图 。图 等效电路 在完井液中的电化学阻抗等效电路拟合结果如表 所示。其中,代表溶液电阻,代表钝化膜电阻,代表金属界面电荷转移电阻,和 是常相位角原件,分别代表钝化膜和金属 膜界面双电层性质。常相位角原件有两个关键参数 和 ,反映钝化膜和双电层电容的容抗。从表 中可以看出,温度为 ,钝化膜电阻逐渐减小,说明钝化膜的致密性逐渐降低,更多侵蚀性离子穿过钝化膜内部,抵达金属表面,逐渐增大,说明 对钝化膜的侵蚀性逐渐增大,与膜电阻减小的趋势相符。由于少部分离子通过钝化膜缺
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