油田用材在CO2饱和溶液中腐蚀行为研究

论文摘要

CO2腐蚀普遍存在于油气田工业中,引起管道及设备提早发生腐蚀而失效,造成重大的经济损失和事故,探究其腐蚀机理具有实际应用价值。本文研究了2Cr13、316L不锈钢和N80、A3碳钢四种油田用材在CO2饱和溶液中的腐蚀行为,并探讨了腐蚀机理。本文主要通过电化学测试方法并结合SEM、XRD、EDS等物理检测手段重点研究了温度、Cl-浓度和HAc浓度对2Cr13不锈钢在CO2饱和溶液中的腐蚀行为影响。结果表明：温度升高,2Cr13钢击破电位、保护电位均逐渐降低,再钝化能力变差,点蚀坑逐渐变大变深,点蚀诱发敏感性增强,80℃时最大点蚀深度可达43μm,腐蚀速率逐渐增大；Cl--浓度增大,溶液pH降低,2Crl3钢击破电位逐渐降低,保护电位显著下降,再钝化能力变差,点蚀诱发敏感性增强,腐蚀速率呈现先增大后减小的趋势,且在Cl-浓度为60g/L时,腐蚀速率最大,此时最大点蚀深度达29μm；HAc的存在极大的促进了2Crl3钢的全面腐蚀和局部腐蚀的发生,HAc浓度增大,点蚀坑变大变深,但点蚀坑密度基本不变,3000μL/L HAc时最大点蚀深度达到0.16mm。主要采用电化学测试方法研究了温度、Cl-浓度和HAc浓度对316L不锈钢、N80和A3碳钢在CO2饱和溶液中的腐蚀行为影响。结果表明：温度升高,316L钢的击破电位逐渐降低,点蚀诱发敏感性增强,腐蚀速率逐渐增大,高温对316L钢腐蚀过程的促进作用不显著；高温时碳钢容易发生点蚀。N80钢的腐蚀速率随温度升高先增大后减小；A3钢腐蚀速率逐渐增大,但80℃时腐蚀速率增大不明显。C1-浓度增大,316L钢击破电位逐渐降低,点蚀诱发敏感性增强,腐蚀速率先增大后减小,80g/L时腐蚀速率最大；Cl-浓度的增大对N80钢的阴极、阳极反应影响不大,腐蚀速率平缓下降；增大Cl-浓度A3钢自腐蚀电位正移,腐蚀速率逐渐增大。HAc的存在促进了材料局部腐蚀的发生。HAc浓度增大,316L钢腐蚀速率增大,但当HAc浓度为3000μL/L时腐蚀速率增大不明显。HAc加速了N80钢阳极反应的发生,阴极反应速率随HAc浓度的增大呈先增大后减小再增大的变化趋势,腐蚀速率先增大后减小再增大,2000μL/L HAc时腐蚀速率最大。HAc对A3钢的腐蚀过程具有一定的抑制作用,交流阻抗结果表明,加入HAc后腐蚀速率先减小后增大,但2000μL/L HAc时腐蚀速率仍比没有HAc存在时小。通过对比2Cr13和316L不锈钢的腐蚀行为可知,Cr元素含量的提高可以显著增强材料的耐C02腐蚀性能,Mo元素的加入可以明显提高材料的抗C1-腐蚀能力,316L钢在CO2饱和的3%NaCl水溶液中的腐蚀速率远远低于2Cr13钢。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 2腐蚀类型'>1.1 CO₂腐蚀类型
• 1.1.1 全面腐蚀
• 1.1.2 局部腐蚀
• 2腐蚀机理'>1.2 CO₂腐蚀机理
• 1.2.1 阳极反应
• 1.2.2 阴极反应
• 2腐蚀影响因素'>1.3 CO₂腐蚀影响因素
• 1.3.1 环境因素
• 1.3.2 材料因素
• 2腐蚀研究进展'>1.4 含Cr油管钢的CO₂腐蚀研究进展
• 2腐蚀的预测与防护'>1.5 CO₂腐蚀的预测与防护
• 2腐蚀的预测'>1.5.1 CO₂腐蚀的预测
• 2腐蚀的防护'>1.5.2 CO₂腐蚀的防护
• 1.6 本论文选题意义及研究内容
• 1.6.1 选题意义
• 1.6.2 研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 实验材料及加工处理
• 2.2 实验试剂
• 2.3 实验仪器
• 2.4 实验条件
• 2.5 实验方法
• 2.5.1 浸泡实验
• 2.5.2 电化学测试
• 2饱和水溶液中腐蚀行为研究'>3 不锈钢在CO₂饱和水溶液中腐蚀行为研究
• 2饱和水溶液中腐蚀行为'>3.1 2Cr13不锈钢在CO₂饱和水溶液中腐蚀行为
• 3.1.1 温度影响
• -浓度影响'>3.1.2 Cl^-浓度影响
• 3.1.3 HAc影响
• 2饱和水溶液中腐蚀行为'>3.2 316L不锈钢在CO₂饱和水溶液中腐蚀行为
• 3.2.1 温度影响
• -浓度影响'>3.2.2 Cl^-浓度影响
• 3.2.3 HAc影响
• 2饱和水溶液中腐蚀行为影响'>3.3 合金元素含量对不锈钢在CO₂饱和水溶液中腐蚀行为影响
• 3.4 本章小结
• 2饱和水溶液中腐蚀行为研究'>4 碳钢在CO₂饱和水溶液中腐蚀行为研究
• 2饱和水溶液中腐蚀行为'>4.1 N80碳钢在CO₂饱和水溶液中腐蚀行为
• 4.1.1 温度影响
• -浓度影响'>4.1.2 Cl^-浓度影响
• 4.1.3 HAc影响
• 2饱和水溶液中腐蚀行为'>4.2 A3碳钢在CO₂饱和水溶液中腐蚀行为
• 4.2.1 温度影响
• -浓度影响'>4.2.2 Cl^-浓度影响
• 4.2.3 HAc影响
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢