N80鋼高溫高壓CO2-O2腐蝕及電化學(xué)行為研究.pdf

1、油氣田開采過程中CO2、O2等腐蝕性氣體會(huì)對(duì)開采設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕，造成設(shè)備失效，引發(fā)安全隱患，引起巨大經(jīng)濟(jì)損失。國(guó)內(nèi)外針對(duì)CO2腐蝕進(jìn)行了大量研究，并提出了詳細(xì)反應(yīng)機(jī)理。然而針對(duì)CO2/O2共存時(shí)的腐蝕研究較少，特別是高溫高壓環(huán)境下的CO2/O2腐蝕研究更少。本文針對(duì)油氣田開采時(shí)會(huì)遇到的高溫高壓CO2/O2腐蝕進(jìn)行了研究。
　　本文研究了N80鋼在高溫高壓CO2和O2共存環(huán)境以及CO2和O2單獨(dú)存在時(shí)的腐蝕行為。結(jié)合失重法以及電化

2、學(xué)方法研究了鋼片的腐蝕行為，并通過XRD、SEM、EDX測(cè)試對(duì)不同時(shí)刻所形成的腐蝕產(chǎn)物膜的成分和形貌進(jìn)行了表征。研究了不同溫度（40℃到240℃）N80鋼的腐蝕行為，并著重研究了120℃腐蝕產(chǎn)物膜的生長(zhǎng)演化過程，對(duì)腐蝕產(chǎn)物膜的形成機(jī)理進(jìn)行解釋。主要研究結(jié)果如下：（1）CO2/O2共存時(shí)對(duì)N80鋼的造成的腐蝕失重比兩種氣體單獨(dú)存在時(shí)要嚴(yán)重得多。CO2腐蝕造成的試片質(zhì)量損失集中在腐蝕過程前期，成膜后腐蝕速率降至很低的水平。而在CO2/O2共

3、存環(huán)境中，整個(gè)腐蝕過程中鋼的腐蝕速率均較高。（2）經(jīng)過CO2腐蝕后，鋼表面會(huì)產(chǎn)生一層具有致密完整結(jié)構(gòu)的腐蝕產(chǎn)物膜，該膜是由單層FeCO3晶粒堆積而成的，并且可有效保護(hù)N80鋼，防止其發(fā)生進(jìn)一步腐蝕。與CO2腐蝕不同，N80鋼在CO2/O2兩種氣體共存環(huán)境中，其表面形成的腐蝕產(chǎn)物膜是由FeCO3和Fe的氧化物組成。其中，F(xiàn)e的氧化物不具保護(hù)作用，同時(shí)會(huì)引起FeCO3結(jié)晶缺陷，導(dǎo)致晶體間附著力減弱。該膜具有疏松多孔結(jié)構(gòu)，可使腐蝕介質(zhì)快速通過

4、，因此腐蝕速率加快。（3）溫度通過影響FeCO3過飽和度的決定CO2腐蝕產(chǎn)物膜的形成過程，溫度越高成膜越快。CO2/O2腐蝕時(shí)，兩種腐蝕性氣體參與的反應(yīng)互相影響，導(dǎo)致與兩種氣體單獨(dú)存在時(shí)成膜的顯著差異。O2既能直接參與腐蝕過程的進(jìn)行，也會(huì)降低腐蝕產(chǎn)物膜完整性。一方面Fe的氧化物與FeCO3晶粒共同沉積，導(dǎo)致產(chǎn)物膜強(qiáng)度與附著力減弱；另一方面O2與FeCO3反應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)物膜結(jié)構(gòu)的破壞。（4）CO2及CO2/O2腐蝕產(chǎn)物膜表現(xiàn)為陽極抑制作用，