抗硫套管钢P110SS在高含H2S/CO2环境中的腐蚀行为和硫化物应力开裂敏感性研究

利用高温高压反应釜模拟普光气田的工况环境,研究抗硫套管钢P110SS在高含H2S/CO2环境中的腐蚀行为和硫化物应力开裂(SSC)敏感性.结果表明,随着温度和H2S/CO2分压的升高,P110SS的腐蚀速率先降低后升高,而在相当于井中部工况的环境中,钢的腐蚀速率最低,腐蚀产物膜明显脱落.在高含H2S/CO2环境中,采用四点弯曲法加载达到P110SS屈服强度的90%时,试样表面未发现裂纹,表明SSC敏感性比较低.     

抗硫套管钢P110SS在高含H2S/CO2条件下的硫化物应力腐蚀破裂敏感性

利用高温高压反应釜模拟普光气田的工况环境,采用慢应变速率拉伸试验(SSRT)方法研究了抗硫套管钢P110SS在高含H2S/CO2条件下的硫化物应力开裂(SSC)敏感性。结果表明,在腐蚀环境中P110SS的力学性能和塑性损伤比较严重;随着温度、H2S/CO2分压升高,P110SS力学性能和塑性损伤逐渐减弱,SSC敏感性降低,温度起主导作用;SSC敏感性由高到低顺序:井口工况条件>井中部工况条件>井底工况条件;井口工况是防范SSC的重点。     

经济型抗H2S＋CO2腐蚀油管BG110S-2Cr开发

根据Cr元素对低合金钢力学性能的影响规律，在3Cr系列经济型抗H2S和（或）CO2腐蚀钢种基础上，成功开发出110kpsi（758MPa）钢级经济型抗H2S＋CO2腐蚀油管BG110S-2Cr。试验表明，大生产BG110S-2Cr油管具有优良的抗H2S应力腐蚀开裂（SSC）性能。与常规P110油套管相比，在模拟油田典型腐蚀介质中其CO2腐蚀速率降低了一半以上。     

L80油管钢在CO2/H2S环境中的腐蚀行为

目的：研究L80油管在CO2/H2S环境中的腐蚀行为。方法利用扫描电镜（SEM）、EDAX能谱分析L80油管内壁腐蚀产物形貌特征和化学组成,采用高温高压反应釜,以实际油水分离的水样为腐蚀介质进行模拟实验,研究原油含水率、CO2/H2S 分压和温度对 L80油管腐蚀速率的影响规律。结果在CO2/H2S环境中,L80油管内壁呈现明显的局部腐蚀特征,部分表面点蚀坑深度超过100μm,形成FeS、FeCO3等腐蚀产物。随着含水率的增加,L80油管腐蚀速率逐渐增大,含水率为30%时的腐蚀速率为0.0377 mm/a,含水率为100%时的腐蚀速率为0.0952 mm/a。CO2分压不变时,随着 H2S分压的增加,L80钢的腐蚀速率增大,H2S分压为0.04 MPa时的腐蚀速率为0.0377 mm/a,H2S分压为0.3 MPa时的腐蚀速率为0.0952 mm/a;H2S分压不变时,随着CO2分压的增大,L80钢腐蚀速率变化不明显且腐蚀速率较小。随着温度的升高,腐蚀速率先以较大幅度增大,再以较小幅度减小,从40℃增加至100℃时,腐蚀速率由0.0083 mm/a升至0.1264 mm/a,100℃左右时的腐蚀速率最大,120℃对应的腐蚀速率为0.106 mm/a。结论 L80油管在CO2/H2S环境中以均匀腐蚀和局部点蚀为主。L80油管腐蚀速率对H2S分压比CO2分压更敏感,CO2分压增大促使具有良好保护性的FeCO3保护膜的形成,降低了腐蚀速率。温度升高至一定范围,导致碳酸盐等难溶性盐溶解度降低,并覆盖在钢表面形成保护层,从而使腐蚀速率下降。     

L80钢在CO2/H2S腐蚀环境中的力学特性

目的：研究L80钢在CO2/H2S环境中的力学特性。方法利用微机控制慢应变速率拉伸试验机,对特定腐蚀条件下的L80钢试样进行拉伸实验,分析各因素对L80钢力学特性的影响变化规律。结果在CO2/H2S环境中,随着含水率的增加,L80钢的屈服强度、抗拉强度、延伸率均下降,L80钢拉伸曲线出现劣化。随预拉应力的增大,L80钢的屈服强度变化不明显,而抗拉强度和延伸率降低,当预拉应力超过0.8σs时,L80钢的腐蚀速率显著增加,表现出较强的应力腐蚀敏感性;随着H2S分压的增加, L80钢的力学性能发生劣化,表现出氢脆敏感性,而受CO2分压的影响不明显;温度升高导致L80钢的拉伸曲线出现了轻度劣化,延伸率和屈服区宽度小幅降低,但抗拉强度变化不大。结论 L80钢在CO2/H2S环境中的力学特性受温度、CO2分压影响程度小。含水率和预拉应力的增大降低了L80钢的力学韧性,预拉应力的存在使L80腐蚀速率加快,缩短了耐腐蚀寿命。L80钢的力学性能对于H2S分压较对CO2分压更为敏感,试样的断裂是机械拉力和应力腐蚀共同作用的结果。     

模拟油田H_2S/CO_2环境中油管钢的动态腐蚀行为研究

在模拟油田CO2/H2S共存的腐蚀环境中,研究了温度、CO2分压、H2S分压对N80、P110两种油管钢动态腐蚀行为的影响。结果表明,在实验参数范围内,随着温度、CO2分压、H2S分压的变化,两种材质的动态腐蚀速率都呈现了先增大后减小的变化趋势,且P110钢的腐蚀速率大于N80钢的腐蚀速率。     

H2S和CO2分压及Cl-浓度对L360QCS钢腐蚀行为的影响

通过高温高压反应釜模拟普光气田集输环境,研究H2S和CO2分压及Cl-浓度对普光气田用集输管线钢L360QCS钢腐蚀行为的影响。采用失重法测试腐蚀速率,用四点弯曲法进行应力腐蚀试验,结合宏观形貌观察和扫描电镜(SEM)微观观察及能谱(EDS)分析,进行了综合研究。在H2S和CO2分压比固定的情况下,随着H2S压力升高,腐蚀速率先降后升。压力较低时,L360QCS应力腐蚀试样表面均出现不同程度的氢鼓泡,当压力升高时,氢鼓泡减少或者消失。腐蚀速率随着Cl-浓度的升高而增大,达到临界值后,腐蚀速率随着Cl-浓度的升高而降低;在低浓度条件下,Cl-浓度的增加会促进点蚀的发生,进而诱发裂纹的产生;而当Cl-浓度增加到临界值时,腐蚀产物的沉积可以抑制点蚀的生成,从而使材料的应力腐蚀开裂敏感性降低。     

含铬油套管钢材在CO2和微量H2S共存环境中的腐蚀规律

目的 研究不同含铬材质钢在CO2和微量H2S共存环境中的腐蚀行为，优化深井油套管抗腐蚀设计方案。方法 以实际油水分离的水样为腐蚀介质进行模拟实验，采用高温高压反应釜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)，揭示4种含铬材质钢在不同腐蚀环境中的腐蚀速率、腐蚀产物膜及应力腐蚀开裂特征，并建立高CO2与微量H2S共存环境下油套管防腐选材优化设计方法。结果 在高分压比条件下均发生了由CO2主导的腐蚀反应，腐蚀产物以FeCO3为主，加入微量H2S后低Cr材质产物膜的附着力较低，出现了疏松脱落现象，FeS优先成膜，含铬钢表面的腐蚀产物膜呈现“富铬”现象，膜的保护性能得到改善。3种腐蚀环境中3Cr钢对应的腐蚀速率分别为1.965 3、1.736 1、1.159 2 mm/a，均处于极严重程度，且表面出现了局部沟槽;9Cr钢的产物膜轻微覆盖，腐蚀较轻，13Cr和S13Cr基本无产物膜覆盖，未发生腐蚀。9Cr、13Cr和S13Cr在加载90%的屈服应力时均未发生应力腐蚀开裂，应力腐蚀敏感性较低。结论 含铬钢具有良好的抗腐蚀性能，基于腐蚀环境特点提出了井筒分段防腐选材设计方案“9Cr+13Cr+超级13Cr”，有效降低了防腐成本，研究结果对CO2和微量H2S共存环境中含Cr钢腐蚀特征和优化选材提供了理论依据。     

H2S分压对双相不锈钢应力腐蚀开裂行为的影响

利用高温高压反应釜进行腐蚀模拟实验,辅以失重法、SEM和EDS,对H2S/CO2共存环境下,H2S/CO2分压比一定时,H2S分压对2205双相不锈钢应力腐蚀开裂行为的影响进行了研究。结果表明,60℃的工况条件下,在H2S分压较低时,2205双相不锈钢钝化膜趋于完整致密,随着H2S分压进一步升高,钝化膜出现破损。2205双相不锈钢硫化物应力腐蚀开裂的敏感性较高,裂纹多为沿晶扩展。     

温度和CO_2/H_2S分压比对BG90SS钢管腐蚀行为的影响

利用高温高压H2S/CO2腐蚀模拟实验及SEM,XRD等分析技术研究了H2S和CO2共存环境下温度和CO2/H2S分压比对BG90SS抗硫钢管腐蚀行为的影响。结果表明:在60~120℃的范围内,温度的变化对BG90SS油管钢的腐蚀速率的影响并不明显。在60℃和90℃条件下腐蚀由H2S控制,在120℃条件下腐蚀由H2S和CO2共同控制。CO2/H2S分压比低于14时,BG90SS的腐蚀速率变化不明显,分压比在14~28的范围内,腐蚀速率迅速升高,分压比高于28以后,腐蚀速率缓慢增加。随着CO2/H2S分压比的提高,腐蚀由H2S控制转变为H2S和CO2共同控制。     

H_2S分压对SM 80SS套管钢在CO_2/H_2S共存环境中高温高压腐蚀行为的影响

用失重法、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)及X射线衍射(XRD)等方法,就H2S分压对SM80SS特级抗硫套管钢在CO2/H2S共存条件下的腐蚀行为的影响进行了试验研究。结果表明:在试验条件下,低PH2S时,以CO2腐蚀为主,腐蚀产物膜由FeS0.9和FeCO3组成,腐蚀产物膜颗粒细小、致密,平均腐蚀速率较低;随着PH2S的增大,反应逐渐变为以H2S为主,FeS0.9逐渐转变为FeS,腐蚀产物膜颗粒粗大、疏松,随后又变得细小、致密,腐蚀速率呈现先增大后逐渐减小的趋势;高PH2S时,FeS的生成较大程度阻碍了FeCO3的生成。腐蚀产物有较好的局部腐蚀阻碍作用,腐蚀形式均为均匀腐蚀。     

Ca~(2+)、Mg~(2+)对N80钢腐蚀速率的影响

利用动静态高温高压釜装置,以某油田为应用背景,采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)技术探讨环境介质因素Ca2+、Mg2+对油管钢N80腐蚀行为的影响规律,试验结果显示,N80钢在CO2/H2S且高矿化度的环境下的腐蚀属于极严重腐蚀,在其他条件保持相同的情况下,随着介质中的Ca2+,Mg2+离子浓度的增大,N80钢的平均腐蚀速率呈先降低后增大趋势;腐蚀产物膜厚不断增大,内应力增大,导致膜层脱落引发点蚀.     

Corrosion resistance of the anti‐sulfide steel in the CO2/H2S containing solutions

The present work primarily investigates the corrosion characterization of the common P110 steel and the anti‐sulfide P110SS steel in CO₂‐containing solution with or without hydrosulfuric acid (H₂S) at 70 °C. The electrochemical techniques such as potentiodynamic polarization sweep and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were used to disclose the differences of the corrosion mechanisms between both P110 and P110SS steels in CO₂‐containing solution with various additions of H₂S. The EIS data fitted by ZsimpWin software were analyzed and discussed. The experimental results indicated that H₂S could accelerate and also inhibit the corrosion attack according to the changes of corrosive environments.     

含H2S/CO2环境中缓蚀剂对不同油管钢的缓蚀作用

选用一种自制缓蚀剂TG500(主要成分为咪唑啉含硫衍生物、有机硫代磷酸酯),对不同油管钢在含H2S/CO2腐蚀介质中进行试验。结果表明:TG500可明显降低溶液对N80、SM80SS、KO80SS油管钢的腐蚀速率,即使在较高的CO2/H2S分压下,缓蚀效率仍可达95%以上;油管钢中的合金元素Cr、Ni对于降低油管钢的腐蚀速率具有明显作用,但对于提高缓蚀剂的缓蚀效率无明显作用。     

低H2S、高CO2超深井环境中P110SS抗硫钢的腐蚀行为

目的研究高温条件下抗硫低合金钢P110SS在低H2S、高CO_2环境中的腐蚀行为。方法模拟我国西部酸性油田工况环境,利用高温高压设备,通过失重法测试腐蚀速率,并用SEM、EDS和XRD分析腐蚀产物。结果在8 MPa的纯CO_2环境中,腐蚀速率随温度升高而降低,210℃时为0.35 mm/a,腐蚀产物为碳酸盐。当加入6 k Pa硫化氢时,腐蚀速率依然随温度升高而降低,150℃时为0.74 mm/a,腐蚀产物呈现双层结构,内层为结晶良好的FeCO_3,外层为FeS。当硫化氢分压升至165 k Pa时,腐蚀加剧,且腐蚀速率随温度升高而增大,210℃时达2.78 mm/a,腐蚀产物主要为铁的硫化物,同时随腐蚀时间延长至2160 h,腐蚀速率有所降低。结论在纯CO2环境中,高温时生成的内层碳酸盐腐蚀产物膜相对完整,对基体的保护能力较强。当加入6 k Pa硫化氢时,腐蚀由CO_2主导,呈现与纯CO_2环境中相同的腐蚀速率规律,内层的FeCO_3细密均匀。当硫化氢分压升至165 k Pa时,腐蚀由H_2S和CO_2混合控制,疏松破损的铁的硫化物无法对基体形成良好的保护,因此腐蚀速率显著升高。     

P110钢在CO2／H2S环境中的适用性研究

采用高温高压实验设备辅以失重法,研究了CO2／H2S腐蚀环境中P110钢的腐蚀性能,用SEM、EDS和XRD等分析了腐蚀产物．分别用电化学充氢及NACE TM0177A法对P110钢进行耐氢损伤试验．结果表明,虽然P110钢在试验环境中的均匀腐蚀速率很小,未发生点蚀,但随着充氢量的增加,强度、伸长率及断面收缩率均降低．...     

模拟塔里木油田环境中低Cr钢的H_2S/CO_2腐蚀行为

通过高温高压腐蚀试验,运用SEM、XRD、EDS等分析技术.研究了普通P110与3Cr110钢在模拟塔里木油田现场环境中的CO2/H2S腐蚀特征.结果表明:在模拟CO2腐蚀环境中,这两种材料的腐蚀产物为FeCO3,3Cr110表现出良好的抗CO2均匀腐蚀及局部腐蚀能力,其平均腐蚀速率显著小于普通P110;模拟CO2/H2S腐蚀条件下,两种材料的均匀腐蚀速率远小于单独CO2腐蚀环境下的均匀腐蚀速率,表面腐蚀产物为FeS,H2S腐蚀占主导作用,Cr元素在低Cr钢腐蚀产物膜中的富集,其腐蚀产物Cr(OH)3改善了腐蚀产物膜的稳定性,显著提高了低Cr钢的抗均匀腐蚀及局部腐蚀能力.     

H2S分压对SM80SS油管钢腐蚀行为的影响

通过模拟某气田CO2/H2S共存腐蚀介质环境,对比研究了SM80SS油管钢在加与未加缓蚀剂时的腐蚀特征.结果表明,在未加自制缓蚀剂TG500的腐蚀溶液中,SM80SS油管钢的腐蚀速率随H2S分压的升高而缓慢增加;当溶液中加入TG500(浓度200 mg/L)后,SM80SS钢的腐蚀速率显著降低、且随着H2S分压的增加明显下降,而缓蚀效率却呈上升趋势,均达90%以上.     

油套管钢化学镀Ni-P的抗CO2腐蚀性能

利用电化学腐蚀试验测试装置及静态高温高压釜，通过线性极化法和Tafel外推法、腐蚀失重法评价了裸样N80油套管钢及其镍磷镀防腐层的抗CO2腐蚀性能.结果表明，在抗CO2腐蚀方面，Ni-P镀层的腐蚀趋势比裸样的腐蚀趋势小，腐蚀电流密度和腐蚀速率低；且电化学测试结果与高压釜测试结果一致，即化学镀Ni-P试样的耐蚀性优于裸样的耐蚀性.