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cr13钢在饱和CO2/H2S介质中腐蚀与防护研究

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Cr13钢在饱和CO2/H2S介质中腐蚀与防护研究

作者：李强北京化工大学

学位级别：硕士

腐蚀问题日益成为油气田持续开发的主要障碍。油气田的采出液中往往伴生有H2S、C02等腐蚀性气体和腐蚀性离子等,这些腐蚀介质的存在及其浓度的变化,会导致油气田用钢遭遇不同程度的腐蚀,从而制约油气田的开发和生产,因此研究油气田用钢... 详细信息

腐蚀问题日益成为油气田持续开发的主要障碍。油气田的采出液中往往伴生有H2S、C02等腐蚀性气体和腐蚀性离子等,这些腐蚀介质的存在及其浓度的变化,会导致油气田用钢遭遇不同程度的腐蚀,从而制约油气田的开发和生产,因此研究油气田用钢的腐蚀行为及其机理,并提出相应的防护方法迫在眉睫。目前,crl3钢在饱和C02/H2S腐蚀介质中的腐蚀机理与防护技术的系统研究的报道较少。为此本文利用腐蚀失重法、电化学方法以及表面分析手段系统研究了cr13钢在含不同浓度Cl-的饱和C02/H2S腐蚀介质中的腐蚀机理及其因素的影响,探讨了n-2-n型Gemini表面活性剂对cr13钢的缓蚀作用,主要结论有： ***-浓度对cr13钢在饱和C02/H2S环境中的腐蚀行为影响规律在不同温度下,随着Cl-浓度的增加,cr13钢的腐蚀速率不断升高,且都在Cl-浓度为200g/L时,腐蚀速率出现最大值;cr13钢的腐蚀形式由均匀腐蚀逐渐转变为点蚀等局部腐蚀。在无Cl-或者Cl-浓度为20g/L时,腐蚀产物主要是致密性良好的FeS膜层;当Cl-浓度升高到100g/L时,腐蚀产物中出现了少量的Fe7S8,膜层逐渐疏松;在Cl-浓度为200g/L时,腐蚀产物膜主要是由Fel-xS组成。 2.温度对cr13钢在饱和C02/H2S介质中的腐蚀行为的影响规律在Cl-浓度较低时,腐蚀速率随着温度的增加先升高后降低,在温度为90℃时出现最大值。当Cl-浓度升高到100g/L和200g/L时,腐蚀速率随着温度的升高而不断加大。在25℃时,cr13钢在饱和C02/H2S介质中腐蚀后腐蚀产物主要是致密性良好的FeS膜层;当温度升高到50℃时,腐蚀产物中出现了少量疏松的Fe7S8;在温度为120℃和150℃时,腐蚀产物膜主要是由FelS组成。 3.n-2-n型Gemini表面活性剂的缓蚀性能研究在不同温度时,n-2-n型Gemini表面活性剂对cr13钢在含50 g/LCl-的饱和H2S/C02介质中腐蚀的缓蚀效率随着Gemini表面活性剂浓度的升高而不断增大;Gemini表面活性剂在金属表面吸附符合Langmiur吸附模型,且是一个白发过程。

关键词： cr13钢 CO2/H2S腐蚀 Cl- 温度 Gemini表面活性剂电化学技术

cr13钢在含CO2/H2S介质中的腐蚀行为研究

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Cr13钢在含CO2/H2S介质中的腐蚀行为研究

作者：葛彩刚北京化工大学

学位级别：硕士

随着油气工业的不断发展,含CO2、H2S等的强腐蚀性介质给油气田开发带来严峻的挑战。油气田的采出液中往往伴生有CO2、H2S、腐蚀性阴离子、易结垢性阳离子等,它们的存在及浓度的变化,在温度与压力的作用下,将导致油田生产用钢发生不同程... 详细信息

随着油气工业的不断发展,含CO2、H2S等的强腐蚀性介质给油气田开发带来严峻的挑战。油气田的采出液中往往伴生有CO2、H2S、腐蚀性阴离子、易结垢性阳离子等,它们的存在及浓度的变化,在温度与压力的作用下,将导致油田生产用钢发生不同程度的腐蚀,制约油气的开发与生产,因此研究油田生产用钢的腐蚀行为与机理势在必行。然而随着油田的开发,油气中H2S和CO2浓度会越来越高,将会使得在油田中已经得到应用的具有良好耐蚀性能的cr13钢产生更严重的腐蚀,但迄今为止,有关其腐蚀机理系统研究与报道较少。为此本文利用失重法、电化学方法以及表面分析手段系统研究了0cr13和2cr13钢在含饱和CO2和CO2/H2S溶液中的腐蚀机理及其因素的影响,得出的主要结论有：(1)在含饱和CO2介质中0cr13钢和2cr13钢的腐蚀主要都受阳极控制,并且发生钝化,钝化区间和点蚀电位受Cl-浓度和温度的影响。Cl-浓度和温度升高都能使0cr13钢的点蚀电位降低,点蚀敏感性升高,促使点蚀的发生和发展。(2)0cr13钢在含CO2/H2S介质中电化学腐蚀主要是以活化溶解为主,H2S浓度升高,0cr13钢腐蚀速率先减小后增大,在H2S浓度为0.015mol·L-1时有最小值。随温度的升高,0cr13钢在含CO2/H2S介质中的腐蚀速率随温度的变化呈现先升高后降低的状况,当温度为70℃时,0cr13钢的腐蚀速率达到最大值。温度对腐蚀产物也有影响,50℃时腐蚀产物以Fe7S8为主;150℃时腐蚀产物膜则以Fe1-xS为主。随着Cl-浓度的升高,0cr13钢的腐蚀失重速率呈现马鞍型趋势,在20 g·L-1时腐蚀速率最大。(3)2cr13钢在含CO2/H2S介质中电化学腐蚀主要是以活化溶解为主,电化学反应是由阴极扩散控制,阴极反应主要由浓差极化控制。H2S浓度对2cr13钢在含CO2/H2S介质中腐蚀速率有很大的影响,H2S浓度升高,腐蚀速率迅速增大,但是对腐蚀产物组成影响不大。温度对2cr13钢腐蚀影响很大,2cr13钢在含CO2/H2S介质中的腐蚀速率随温度的升高而升高。不同温度下生成的腐蚀产物膜的致密程度和组成都不一样,50℃时在2cr13钢的腐蚀产物膜主要以FeS为主;150℃时2cr13钢的腐蚀产物膜则以Fe1-xS为主。随着Cl-浓度的升高,2cr13钢的腐蚀失重速率呈现马鞍型趋势,在Cl-浓度为50g·L-1时腐蚀速率最大。

关键词： cr13钢 CO2腐蚀 H2S腐蚀温度 H2S浓度 Cl-浓度电化学技术

N80和cr13钢在含CO_2油田采出液中缓蚀性能研究

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兵器材料科学与工程 2016年第1期39卷 37-40页

作者：毕凤琴张伟东王妍赵红梅张旭昀王勇东北石油大学机械科学与工程学院黑龙江大庆163318 大庆测试技术服务分公司检测中心黑龙江大庆163153

利用电化学工作站测试N80和cr13两种钢在饱和CO_2油田采出液中添加不同浓度的ZK缓蚀剂的腐蚀行为,分析缓蚀剂用量对其腐蚀行为的影响规律,用高温高压反应釜借助失重法和腐蚀形貌观察确定最佳缓蚀剂用量下两种钢的缓蚀性能。结果表明:静... 详细信息

利用电化学工作站测试N80和cr13两种钢在饱和CO_2油田采出液中添加不同浓度的ZK缓蚀剂的腐蚀行为,分析缓蚀剂用量对其腐蚀行为的影响规律,用高温高压反应釜借助失重法和腐蚀形貌观察确定最佳缓蚀剂用量下两种钢的缓蚀性能。结果表明:静态时,N80和cr13钢在饱和CO_2油田采出液中分别呈现活化和钝化特征,N80钢的ZK缓蚀剂最佳用量为500 m L/L,而cr13钢则为1 000 m L/L;动态时,N80钢缓蚀效率达97.95%,而cr13钢则为95.20%。

关键词： N80钢 cr13钢缓蚀剂 CO2腐蚀

几种表面活性剂对饱和的H_2S/CO_2介质中cr13钢的吸附与缓蚀性能

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腐蚀与防护 2011年第8期32卷 620-624页

作者：李强赵永峰熊金平北京化工大学碳纤维及功能高分子教育部重点实验室北京100029 中国石油技术开发公司北京100009

采用浸泡失重法、电化学方法,研究了在50℃饱和的H2S/CO_2介质中Gemini表面活性剂和咪唑啉表面活性剂在cr13钢上的吸附行为与缓蚀性能。结果表明,所研究的几种表面活性剂均在cr13钢表面上形成致密的单分子吸附层,且吸附服从Langmuir方程... 详细信息

采用浸泡失重法、电化学方法,研究了在50℃饱和的H2S/CO_2介质中Gemini表面活性剂和咪唑啉表面活性剂在cr13钢上的吸附行为与缓蚀性能。结果表明,所研究的几种表面活性剂均在cr13钢表面上形成致密的单分子吸附层,且吸附服从Langmuir方程式,表现出优异的缓蚀性能,明显抑制了cr13钢在50℃饱和H_2S/CO_2介质中的腐蚀;其缓蚀能力排序为:12-6-12型Gemini表面活性剂>16-2-16型Gemini表面活性剂>咪唑啉。此外,当Gemini表面活性剂的浓度达到50 mg/L时,其缓蚀率可达到85%左右。

关键词： cr13钢表面活性剂吸附行为缓蚀性能

cr13钢在CO_2/H_2S环境中腐蚀规律试验研究

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石油矿场机械 2013年第11期42卷 66-71页

作者：耿捷赵永峰中油国际(乍得)有限责任公司采油厂北京100034 中国石油技术开发公司北京100028

通过模拟腐蚀环境,采用慢应变速率拉伸方法研究cr13钢在CO2/H2S环境中的力学性能以及腐蚀规律;利用金相显微镜、扫描电子显微镜观察拉伸断口的微观形貌,分析其断裂机理。试验结果表明:cr13钢在空气、50g/L的Cl-水溶液、pH为5.0的饱和CO... 详细信息

通过模拟腐蚀环境,采用慢应变速率拉伸方法研究cr13钢在CO2/H2S环境中的力学性能以及腐蚀规律;利用金相显微镜、扫描电子显微镜观察拉伸断口的微观形貌,分析其断裂机理。试验结果表明:cr13钢在空气、50g/L的Cl-水溶液、pH为5.0的饱和CO2溶液中的应力腐蚀敏感性不高,表现为韧性开裂;介质的pH从5.0降到4.0,可使cr13钢在Cl-水溶液中及饱和CO2溶液中的应力腐蚀开裂敏感性增强,使cr13钢从韧性断裂变为脆性断裂;H2S促进了cr13钢在水溶液和饱和CO2溶液中的应力腐蚀开裂的敏感性。

关键词： cr13钢 CO2 H2S腐蚀慢应变速率腐蚀开裂

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CO2驱套管用cr13钢腐蚀适应性研究

CO2驱套管用Cr13钢腐蚀适应性研究

作者：耿源河东北石油大学

学位级别：硕士

随着深层含CO气藏的开发,油田注CO强化开采工艺的应用使得CO腐蚀问题变得日益突出。CO溶入水后有极强的腐蚀性,套管的耐蚀性影响着采油系统的安全性和使用寿命。近年来,在纯CO腐蚀环境中具有稳定钝化特征的高级别cr13钢逐渐成为研究热... 详细信息

随着深层含CO气藏的开发,油田注CO强化开采工艺的应用使得CO腐蚀问题变得日益突出。CO溶入水后有极强的腐蚀性,套管的耐蚀性影响着采油系统的安全性和使用寿命。近年来,在纯CO腐蚀环境中具有稳定钝化特征的高级别cr13钢逐渐成为研究热点。但目前,cr13钢在含CO介质中的腐蚀规律及机理方面的研究仍非常有限。因此,开展高级别耐CO腐蚀cr13套管钢在CO环境中的腐蚀适应性研究,已成油田及油管生产设计部门亟待解决的一项重要课题。本文以cr13钢为研究对象,采用动电位扫描极化、电化学阻抗谱等电化学腐蚀测试方法,借助高温高压腐蚀反应釜,测试cr13钢在含有CO油田采出液中的电化学腐蚀和浸泡腐蚀行为,分析不同Cl-浓度、不同温度、流速以及CO分压等因素对cr13钢CO腐蚀性能的影响规律。借助扫描电镜和能谱仪测试分析腐蚀产物,评价其耐腐蚀性并讨论腐蚀机理。结果表明:cr13钢在含有CO油田采出液中呈现出明显的钝化行为,钝化电流密度随Cl-浓度和温度变化呈一定的规律性变化。随Cl-浓度和温度增加时,钝化电流密度均呈现先增加后降低,最大值临界值分别出现在Cl-=60 g/L和温度60℃。在模拟实际的高温高压腐蚀实验中,温度是影响cr13钢腐蚀的主要因素,流速、CO分压和Cl-浓度对其腐蚀影响较小。在一定温度范围内,随着温度的升高,cr13钢的腐蚀速度先增大后减小。当Cl-浓度为50g/L时,cr13钢腐蚀最严重。当温度达到120℃时,腐蚀速率达到最大,随后腐蚀速度逐渐下降。扫描电镜和能谱仪结果反映出,影响这一现象的主要因素是表面膜层疏松程度不同所致。在同等条件下cr13钢的腐蚀速度稍高于316L不锈钢,这是由于cr13钢中较低的cr元素含量,Cl-的存在增加了cr13钢在CO介质中的点蚀倾向。实际在CO驱集输系统中应用cr13钢时,应尽量避免含Cl-介质对其造成的点蚀风险。

关键词： CO2驱 CO2腐蚀套管钢 cr13钢电化学腐蚀

cr13钢在含CO_2油田采出液中腐蚀行为的实验研究

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化工机械 2016年第6期43卷 727-730页

作者：毕凤琴管轶鑫孙振旭张旭昀王勇东北石油大学机械科学与工程学院中国石油集团长城钻探工程有限公司工程技术研究院

采用静态电化学测试和动态高温高压腐蚀方法,研究了cr13钢在含CO_2的油田采出液中的腐蚀行为,分析了Cl^-浓度和温度对cr13钢CO_2腐蚀性能的影响规律,分析了扫描电镜腐蚀形貌。结果表明:cr13钢在含CO_2的油田采出液中呈现出明显的钝化行... 详细信息

采用静态电化学测试和动态高温高压腐蚀方法,研究了cr13钢在含CO_2的油田采出液中的腐蚀行为,分析了Cl^-浓度和温度对cr13钢CO_2腐蚀性能的影响规律,分析了扫描电镜腐蚀形貌。结果表明:cr13钢在含CO_2的油田采出液中呈现出明显的钝化行为,随着温度的增加,cr13钢钝化电流密度呈现先增加后降低的趋势,60℃时达到极值;随着Cl-浓度的增加,cr13钢钝化电流增加,耐蚀性降低;这主要是由表面膜层疏松程度不同所导致的。

关键词： cr13钢 CO2腐蚀温度 Cl^-浓度钝化电流密度

CO_2-EOR环境碳钢和cr13钢腐蚀产物膜稳定性研究的展望

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化工机械 2014年第5期41卷 541-545页

作者：王勇李洋孙振旭张旭昀徐子怡毕凤琴东北石油大学材料科学与工程系中国石油集团公司长城钻探工程有限公司工程技术研究院中国石油大学(北京)石油工程学院

从CO2腐蚀产物膜稳定性出发,对CO2腐蚀过程中影响碳钢和cr13钢产物膜稳定性的因素进行了综述,提出了目前存在的问题和解决的方向。

关键词：碳钢 cr13钢 CO2-EOR CO2腐蚀产物膜第一性原理计算

氮对cr13钢组织及耐CO_2腐蚀性能的影响研究

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化工机械 2015年第3期42卷 329-332,344页

作者：张旭昀芦海俊许东饶孙振旭毕凤琴王勇东北石油大学机械科学与工程学院大庆油田工程建设集团有限责任公司建材公司石油石化设备二厂中国石油集团长城钻探工程有限公司工程技术研究院

以cr13钢为母材,采用真空等离子电弧炉制备不同含氮量的cr13合金,分析氮含量对其金相组织和维氏硬度的影响,并通过电化学测试研究制备合金在含CO2腐蚀介质中的腐蚀行为,分析其耐蚀机理。研究表明:含氮cr13钢组织为黑色索氏体和共晶莱氏... 详细信息

以cr13钢为母材,采用真空等离子电弧炉制备不同含氮量的cr13合金,分析氮含量对其金相组织和维氏硬度的影响,并通过电化学测试研究制备合金在含CO2腐蚀介质中的腐蚀行为,分析其耐蚀机理。研究表明:含氮cr13钢组织为黑色索氏体和共晶莱氏体,氮的加入减少了δ铁素体含量,增加了奥氏体含量,合金组织均匀,无明显偏析;氮的加入(由于其固溶强化作用)改善了cr13钢的机械性能,提高了钢的硬度,并随着氮含量的增加,其硬度增大;含氮cr13钢在含CO2腐蚀介质中维钝电流较小,击穿电位较大,钝化稳定性增大,耐腐蚀性提高。

关键词： cr13钢氮耐CO2腐蚀金相组织维氏硬度电化学测试