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油气开发中高温高压CO2腐蚀产物膜结构与性能研究

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油气开发中高温高压CO2腐蚀产物膜结构与性能研究

作者：张颖西南石油学院

学位级别：硕士

油气开发过程中广泛存在CO腐蚀现象,造成巨大的经济损失,本文模拟某油田腐蚀环境,进行了油气开发过程中高温高压CO腐蚀产物膜结构与性能研究,以期为油气田CO腐蚀与防护工作提供理论及实验依据。在静态高温高压釜中,对API常用管材钢... 详细信息

油气开发过程中广泛存在CO腐蚀现象,造成巨大的经济损失,本文模拟某油田腐蚀环境,进行了油气开发过程中高温高压CO腐蚀产物膜结构与性能研究,以期为油气田CO腐蚀与防护工作提供理论及实验依据。在静态高温高压釜中,对API常用管材钢NS0、P110、J55、13Cr进行了压力、含油量对SCF-CO腐蚀的影响实验。本实验研究中,液态腐蚀介质占高温高压釜容积的1/2,称为液相;另外1/2空间充满CO,称为气相;分别在液相和气相安装钢试样。结果表明:在压力7～18Mpa,温度为90℃,液相为纯模拟地层水的实验条件下,钢试样在气相存在CO腐蚀现象,随压力升高腐蚀速率上升,在12MPa出现峰值,后呈现下降趋势;钢试样在液相中,腐蚀速率随压力增加而上升,在9Mpa出现峰值后,又随压力增加而减小。当压力达到12MPa后,气相与液相的钢试样腐蚀速率趋于一致,腐蚀形貌表现为腐蚀瘤。在压力为12Mpa、温度为90℃实验条件下,液相为原油、模拟地层水,气相为CO进行原油不同含量对N80腐蚀的影响实验,结果表明:30%的原油含量可在液相促进钢材腐蚀,腐蚀形貌表现为腐蚀瘤与腐蚀坑并存;在气相减缓钢材腐蚀。随原油含量增加,在液相和气相均会抑制钢材腐蚀;在原油含量70%与90%附近腐蚀速率降到最低,出现腐蚀速率平台,气相和液相的腐蚀速率在此时趋于一致。腐蚀产物膜存在一个生成长大的过程,随时间的延长而增厚;产物膜表面均匀分布相对规整的晶体,其主要成分为FeCO和少量的CaCO,晶体外形与方解石(CaCO)非常相似,形成了类质同相的混合晶体或复盐结构;断面SEM观察发现腐蚀产物膜明显分层。模拟油气采集、输运环境温度压力条件及流动状态,在动态高温高压釜中,对N80、P110、J55、X56钢进行腐蚀实验。在压力1.5～35Mpa、温度为160℃条件下实验结果表明:腐蚀速率随压力升高先上升后下降,表现为二次方程关系;在1.5MPa、6MPa、36Mpa压力下形成的腐蚀产物膜晶粒比较完整致密,结合紧凑;在10MPa、18MPa、24MPa压力下形成的腐蚀产物膜晶粒琐碎,结合疏松。在压力0.5～2Mpa、温度30～80℃条件下,对油气管道输运钢X56进行

关键词： CO2腐蚀腐蚀产物膜高温高压腐蚀油气开发输运管材套管用钢

油管钢在含CO2/H2S高温高压水介质中的腐蚀行为及防护技术的作用

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油管钢在含CO2/H2S高温高压水介质中的腐蚀行为及防护技术的作用

作者：周计明西北工业大学

学位级别：硕士

利用高温高压釜实验着重研究了抗硫钢N80S与普通钢N80在模拟油田采出液中的腐蚀行为，拟找出影响油气井油套管材料腐蚀的主要影响因素及各种因素的作用程度，为油气田材料的选用提供依据，也为控制腐蚀找到理论基础。同时，利用自制的... 详细信息

利用高温高压釜实验着重研究了抗硫钢N80S与普通钢N80在模拟油田采出液中的腐蚀行为，拟找出影响油气井油套管材料腐蚀的主要影响因素及各种因素的作用程度，为油气田材料的选用提供依据，也为控制腐蚀找到理论基础。同时，利用自制的高温参比电极测试了常温常压下N80钢的CO腐蚀行为，为进行高温高压电化学实验奠定基础。另外，利用电化学测试技术探讨了粉末渗锌用于控制油管钢腐蚀的可行性。最后利用交流阻抗技术和动电位极化法评价了油气田中常用的一种缓蚀剂—咪唑啉，初步探讨了其缓蚀机理。高温高压釜实验结果表明：(1)N80钢平均腐蚀速率随HS含量的增加表现出先增后降的非单调变化规律，而N80S钢则表现出随HS含量增加而单调下降的趋势。(2)随着介质中CO含量的增加，N80和N80S的腐蚀速率均呈增大的趋势，CO含量为5％时，腐蚀速率相差最大，N80腐蚀速率是N80S的2倍多。(3)随着介质中Ca、Mg离子含量的增加，N80和N80S钢的平均腐蚀速率均呈增大的趋势。(4)Cl浓度的影响较为复杂，两种钢表现出相同的变化趋势，随Cl浓度的变化表现出先增后减的趋势。利用SEM、X射线衍射等分析技术和相关理论对以上实验结果进行了分析与解释。利用所制得的高温AgCl参比电极，进行了动电位极化法与交流阻抗技术的测试研究，结果表明，常温常压下所制备AgCl参比电极较为稳定，并达到了有关技术要求。利用EIS和动电位测试技术评价了防止CO腐蚀的表面渗锌技术和缓蚀剂防护方法。结果表明，表面渗锌与加注咪唑啉类缓蚀剂可有效地防止CO腐蚀。

关键词： CO2腐蚀 H2S腐蚀油管钢高温电化学冲刷腐蚀高温高压腐蚀粉末渗锌缓蚀剂

高温下L80钢的断裂机理及CO_(2)/H2S模拟工况下的腐蚀行为

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中国腐蚀与防护学报 2023年第3期43卷 601-610页

作者：周志平吴大康张宏福张磊李明星张志鑫钟显康中国石油长庆油田分公司西安710018 中国石油长庆油田分公司第十二采油厂庆阳745100 中国石油长庆油田分公司油气工艺研究院西安710018 中国石油长庆油田分公司第四采气厂西安710016 西南石油大学石油与天然气工程学院成都610500

采用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、高温拉伸实验及高温高压腐蚀实验,研究温度对L80钢拉伸断裂行为及其在CO_(2)/H_(2)S模拟工况下腐蚀行为的影响规律。结果表明:温度对屈服强度和抗拉强度影响显著,且屈服强度的衰减明显大于抗拉强... 详细信息

采用扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、高温拉伸实验及高温高压腐蚀实验,研究温度对L80钢拉伸断裂行为及其在CO_(2)/H_(2)S模拟工况下腐蚀行为的影响规律。结果表明:温度对屈服强度和抗拉强度影响显著,且屈服强度的衰减明显大于抗拉强度。拉伸断裂方式由常温时的微孔聚集配合剪切撕裂转变为高温下的微孔聚合主导。腐蚀速率随温度升高明显增加,且温度越高增幅越大。腐蚀反应由H_(2)S腐蚀控制,腐蚀产物呈双层结构,温度对其结构形式和晶体形态影响显著。随温度升高,位于产物膜底层FeS的占比增加,表层FeCO_(3)的致密性增强。研究结果对L80油套管在极端工况中的服役寿命及适应性分析具有参考价值。

关键词：高温高温拉伸断裂机理高温高压腐蚀腐蚀产物

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G105钻杆材料多元腐蚀行为研究

功能材料 2012年第19期43卷 2624-2628页

作者：黄本生江仲英刘阁廖周文刘清友西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室四川成都610500 西南石油大学材料科学与工程学院四川成都610500 宝鸡钢管资阳钢管厂四川资阳641300

通过正交表设计实验,利用高温高压釜腐蚀实验并辅以失重法,研究了温度、Cl-浓度、S2-浓度和HCO3-浓度对G105钻杆材料多元腐蚀行为的影响。采用体视显微镜和SEM观察腐蚀形态和产物膜形貌,同时利用X射线能谱分析仪(EDS)进行产物膜成分分... 详细信息

通过正交表设计实验,利用高温高压釜腐蚀实验并辅以失重法,研究了温度、Cl-浓度、S2-浓度和HCO3-浓度对G105钻杆材料多元腐蚀行为的影响。采用体视显微镜和SEM观察腐蚀形态和产物膜形貌,同时利用X射线能谱分析仪(EDS)进行产物膜成分分析。结果表明,在实验研究范围内,NaHCO3浓度是最大的影响因素,其次是温度和Na2S浓度,NaCl浓度的影响最小;腐蚀环境严重影响腐蚀速率;在60℃,NaCl浓度为5g/L,Na2S浓度为7g/L以及NaHCO3浓度为1g/L环境下,G105钻杆材料的腐蚀以NaHCO3引起的腐蚀为主;在60℃,NaCl浓度为50g/L,Na2S浓度为30g/L以及NaHCO3浓度为30g/L环境下,G105钻杆材料的腐蚀以Na2S引起的腐蚀为主。

关键词： G105钻杆正交实验高温高压腐蚀多元腐蚀

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镍基合金和铬在高温下的腐蚀电化学特征

西安石油大学学报（自然科学版） 2012年第2期27卷 76-79,121-122页

作者：谢丽华陈长风李鹤林井奉军李晟伊中国石油大学(北京)机械与储运工程学院北京102249 中国石油大学(北京)理学院北京102249 中国石油集团石油管工程技术研究院陕西西安710065

利用动电位极化和电化学阻抗(EIS)方法,分别研究了纯铬以及镍基合金UNS N08028在140℃和160℃两种温度下高含H2S/CO2环境所成钝化膜的电化学行为.结果表明:两种成膜条件下028合金钝化膜的耐蚀性优于纯铬.EIS表明电化学阻抗谱均有明显的... 详细信息

利用动电位极化和电化学阻抗(EIS)方法,分别研究了纯铬以及镍基合金UNS N08028在140℃和160℃两种温度下高含H2S/CO2环境所成钝化膜的电化学行为.结果表明:两种成膜条件下028合金钝化膜的耐蚀性优于纯铬.EIS表明电化学阻抗谱均有明显的容抗弧特征,028合金显示单一的容抗弧,纯铬在低频区显示扩散阻抗控制.

关键词：镍基合金铬高温高压腐蚀电化学阻抗谱钝化膜耐蚀性

核电站蒸汽发生器用600镍基合金腐蚀行为的研究

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核电站蒸汽发生器用600镍基合金腐蚀行为的研究

作者：袁曹龙长沙理工大学

学位级别：硕士

600镍基合金是一种镍-铬-铁基固溶强化合金,具有良好的耐高温腐蚀和抗氧化性能、优良的冷热加工和焊接工艺性能。由于其优异的性能,故成为核电站蒸汽发生器的机构材料和传热管用材,但是由于其工作环境的特殊性,在实际运用过程中也遇到... 详细信息

600镍基合金是一种镍-铬-铁基固溶强化合金,具有良好的耐高温腐蚀和抗氧化性能、优良的冷热加工和焊接工艺性能。由于其优异的性能,故成为核电站蒸汽发生器的机构材料和传热管用材,但是由于其工作环境的特殊性,在实际运用过程中也遇到了各类比较严重的腐蚀情况,如应力腐蚀、间晶腐蚀、间晶应力腐蚀、管壁耗蚀等腐蚀等形式。据研究资料报道,在核动力装置的停堆事故中,70%以上是由于蒸汽发生器蒸汽管破裂引起的,严重影响了核电站运行的安全性、可靠性和经济性。如何减小和防止传热管破裂,保证核电站蒸汽发生器的可靠性,延长使用寿命是目前面临的重要课题之本文以用作核电站蒸汽发生器传热管材料的600镍基合金为研究对象。在常温条件下,运用线性极化法、塔菲尔极化曲线法及交流阻抗法等电化学手段,研究了600镍基合金在不同浓度电解质溶液中的电化学行为,如NaOH、Na2SO4、Na2S2O3、Na3PO4、Na2CO3等,铅元素以及pH值对其腐蚀行为的影响,分析其腐蚀机理及影响因素。研究发现：在碱性范围内,随着溶液pH值的升高,镍基合金的腐蚀速度呈增大趋势;电解质的存在对600镍基合金的腐蚀有很大的加速作用,并且随着电解质浓度的增大,其腐蚀趋势明显增大,其中NaOH、Na3PO4、NaCl的影响最大,Na2SO4和Na2S2O3的影响次之。利用高压反应釜,在不同工况(温度、压力)条件下,实验了600镍基合金在不同电解质溶液中的高温高压腐蚀行为,利用高倍反射光学显微镜观察试片的表面腐蚀状况,结果发现试片表面生成了一层致密的氧化膜,但在较高浓度的NaCl、Na2SO4溶液中,试片出现了点腐蚀现象,且在NaCl溶液中同时还发生了晶间腐蚀。运用原子吸收光谱仪器分析高温腐蚀反应后的溶液成分,发现600镍基合金表现出去合金化的脱Cr、脱Fe腐蚀。

关键词：蒸汽发生器 600镍基合金交流阻抗 Tafel极化高温高压腐蚀

基于稀土元素（Tm、Tb和Dy）的Fe基中子吸收复合材料的研制

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基于稀土元素（Tm、Tb和Dy）的Fe基中子吸收复合材料的研制

作者：穆勇帅厦门大学

学位级别：硕士

在核反应堆的日常运行中,控制棒是调节核反应堆反应性的重要手段,对维持核反应堆的安全、稳定运行具有重要意义。灰控制棒是新一代核电站调节反应性和负荷跟踪的首选,其核心为内部的中子吸收材料。发展灰控制棒用新型中子吸收材料,将有... 详细信息

在核反应堆的日常运行中,控制棒是调节核反应堆反应性的重要手段,对维持核反应堆的安全、稳定运行具有重要意义。灰控制棒是新一代核电站调节反应性和负荷跟踪的首选,其核心为内部的中子吸收材料。发展灰控制棒用新型中子吸收材料,将有助于填补我国相关领域的技术空白,加速我国核电自主化的进程。本文采用球磨、冷等静压与烧结工艺制备了Fe基Tm2O3复合材料、Fe基TmFeO3复合材料、Fe基TbFeO3-DyFeO3复合材料和Fe基Tb2O3-Dy2O3复合材料。深入分析了粉末球磨和材料烧结过程中的演变规律和作用机理·;探究了制备工艺参数对材料微观结构、力学性能、热物理性能的影响;研究了四种复合材料的辐照和腐蚀现象和机理。球磨过程中,Fe-Tm2O3和Fe-Tb4O7-Dy2O3混合粉末不断被细化、均匀化、纳米晶化和非晶化。随着球磨时间的延长,稀土氧化物分解成Tm、Tb、Dy与O元素,固溶进Fe基体中,形成纳米晶超饱和固溶体。此外,Fe-Tb407-Dy2O3混合粉末在球磨过程中发生晶型转变和物相转变,Tb4O7转变为Tb2O3,立方Dy2O3转变为单斜Dy2O3。球磨过程中,铁的晶粒尺寸随球磨时间的增加逐渐降低并趋于定值,晶格常数的变化趋势与之相反。Fe-Tm2O3和Fe-Tb2O3-Dy2O3球磨混合粉末经冷等静压压制成型后,进行恒温烧结。烧结使球磨过程中固溶进Fe基体的Tm,Tb,Dy和O原子析出,并形成纳米尺度的沉淀相弥散分布在Fe基体中。烧结氛围和烧结温度对烧结材料的物相组成有较大影响。两种球磨粉末制成的预压坯在含微量氧的环境下烧结,得到以RFeO3（R1=Tm,Tb,Dy）为主的Fe基复合材料;在无氧条件下烧结时,得到以R2O3为主的Fe基复合材料。Fe-Tm203体系较为特殊的地方在于其物相组成不仅受烧结氛围的影响还受烧结温度的影响。预压坯在含微量氧的烧结氛围中,烧结温度为600～1100℃时,形成Fe-TmFe03复合材料;烧结温度为1100～1200℃时,得到Fe-Tm2O3复合材料。稀土含量、球磨时间和烧结温度等制备工艺参数对Fe基复合材料的力学性能和热物理性能有一定的影响。随着球磨时间的增加,材料的热膨胀系数不断增加,抗压强度不断增加。随着稀土氧化物的增加,材料的显微硬度不断增加,热膨胀系数不断降低,抗压强度不断增加。随着烧结温度的升高,材料的显微硬度不断增加。在340℃和15.16MPa去离子水中,四种Fe基复合材料均发生了明显的腐蚀,随着腐蚀时间的增加,四种材料的腐蚀增重不断增大,表面腐蚀产物逐渐长大并致密。根据EDS和GIXRD结果可知,腐蚀产物主要为Fe3O4。整体上,Fe基TbFeO3-DyFeO3复合材料和Fe基Tm2O3复合材料抗辐照腐蚀性能优于Fe基Tb2O3-Dy2O3复合材料和Fe基TmFeO3复合材料。另外,对比辐照和未辐照材料腐蚀结果发现,Fe+离子辐照对Fe基复合材料的腐蚀有明显的促进作用。

关键词：中子吸收材料铁基复合材料粉末冶金离子辐照高温高压腐蚀

川西气田某气井中CO2腐蚀规律、缓蚀剂的筛选及其缓蚀机理研究

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川西气田某气井中CO2腐蚀规律、缓蚀剂的筛选及其缓蚀机理研究

作者：张玲玲中国海洋大学

学位级别：硕士

腐蚀是现代工业和生活中的重要破坏因素,我国年腐蚀损失约占国民生产总值的6%。实践证明,在各种金属腐蚀的防护方法中,添加缓蚀剂是一种工艺简便、成本低廉、实用性强的方法,已广泛应用于石油产品生产加工、化学清洗、大气环境、工业用... 详细信息

腐蚀是现代工业和生活中的重要破坏因素,我国年腐蚀损失约占国民生产总值的6%。实践证明,在各种金属腐蚀的防护方法中,添加缓蚀剂是一种工艺简便、成本低廉、实用性强的方法,已广泛应用于石油产品生产加工、化学清洗、大气环境、工业用水、仪器仪表制造及石油化工生产过程中。随着含CO油气井的不断发现,油气田管线的腐蚀事故越来越多,因此找出能有效抑制CO腐蚀的缓蚀剂已经迫在眉睫。川西气田某气井所产天然气中含CO 0.34% 0.60%(v/v),CO腐蚀是不可低估的。为解决该气井的CO腐蚀问题,本论文研究内容分两个方向:一方面,研究了该腐蚀介质的CO腐蚀规律;另一方面,通过各种方法测试十种常用油气田CO缓蚀剂在该腐蚀介质中的缓蚀效率以期筛选出适合该腐蚀介质的有效缓蚀剂并研究其缓蚀机理。全文具体方法及结论分别如下: 1.在常温常压下利用失重试验研究了温度、不同浓度的各种离子对腐蚀介质的腐蚀行为的影响,发现:(1)温度会增大CO腐蚀阴极、阳极电极反应速率,但与此同时,又容易使腐蚀产物膜在试样表面形成,保护基体金属;当温度达到80℃后,因发生局部腐蚀使得腐蚀速率大幅度提高。(2)在CO饱和的液相介质中,在所选的水平范围内,Ca和CO对CO腐蚀速率影响较大,其次是Fe,其他离子的影响程度较小。实验发现,随着Cl浓度的增加,腐蚀速率先增大后减小,但是变化不是很大;随着Fe浓度的增大,介质的腐蚀速率降低;随着SO和Mg浓度的增加,腐蚀速率增加,但是Mg的影响很小;随着Ca和CO浓度的增加,腐蚀速率先减小后增大。 2.利用电化学实验分别测试了N80钢在常温常压条件下和高温高压条件下的CO腐蚀行为。实验结果表明,在常温常压条件下,随着浸泡时间的延长,N80钢表面的自腐蚀电位负移,腐蚀电流密度减小;在高温高压条件下,N80钢的腐蚀速率明显高于常温常压条件时的腐蚀速率,电位要更负。 3.分别利用经典的失重试验方法、电化学手段以及磁阻法评价了油气田中常用的几种缓蚀剂在常温常压条件下的缓蚀效果。研究发现,HGY-9、HGY-10和BUCT-C相对于其他品种在相同条件下的缓蚀效果比较理想,而且升高温度对其缓蚀效率无太大影响。该研究为川西气田某气井的实际应用筛选出合适的缓蚀剂提供理论依据。同时,磁阻法的实验结果与失重试验、电化学试验结果相一致,但其优点在于响应时间快,可以实现连续在线检测,可在现场推广使用该技术。 4.利用电化学手段测试了缓蚀剂HGY-9和IMC-80-N在高温高压条件下的缓蚀效果,结果发现,HGY-9的缓蚀性能比较稳定而且效果比较理想,其缓蚀机理是“负催化效应”;而IMC-80-N的缓蚀效果不是很理想,但比常温常压条件下的缓蚀效率要高。 5.利用高温高压失重试验测试了HGY-9、BUCT-C、IMC-80-ZS、IMC-80-N和HGY-10五种缓蚀剂在高温高压条件下的缓蚀效率,发现它们的缓蚀效果相差不大,与常温常压下的缓蚀效果不明显,不能有效的将体系的腐蚀速率降至0.076mm/a以下,说明这几种缓蚀剂在高温高压下不能达到理想的缓蚀作用。

关键词： CO2腐蚀 CO2缓蚀剂高温高压电化学高温高压腐蚀磁阻法