充氣條件下G105鋼在NaCl溶液中腐蝕規(guī)律與防護(hù)措施的研究.pdf

1、在鉆井的過(guò)程中，由于井下多屬氣、液、固多相混合流動(dòng)的復(fù)雜狀態(tài)，特別是O<,2>、CO<,2>的存在將導(dǎo)致鉆具腐蝕更加嚴(yán)重，直接影響了鉆井施工的進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益。為了解決這一問(wèn)題，必須對(duì)O<,2>、CO<,2>的腐蝕規(guī)律作深入研究，并選擇相應(yīng)的緩蝕劑對(duì)鉆具進(jìn)行防護(hù)。 針對(duì)充氣鉆井中鉆具的腐蝕，本文首先研究了鹵水和3.5wt﹪NaCl溶液中O<,2>含量對(duì)G105鋼腐蝕行為的影響，并研究了的共存對(duì)G105鋼腐蝕速率的影響。失重實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2、表明：G105鋼在鹵水中主要發(fā)生的是氧腐蝕，其腐蝕速率與O<,2>含量有關(guān)；不同充氣條件下G105鋼在3.5wt﹪NaCl溶液中腐蝕規(guī)律受溫度和O<,2>含量的影響：同一溫度下腐蝕速率隨著混合氣體中02含量的增加而增大；G105鋼在3.5wt﹪NaCl溶液中的腐蝕速率與溶解氧(DO)含量之間有很好的線性關(guān)系；同一充氣條件下腐蝕速率隨著溫度的增加先增大后減小，并在338K附近有一個(gè)最大值；共存條件下的腐蝕速率小于兩者單獨(dú)存在時(shí)的腐蝕速率之

3、和，其主要原因可能是因?yàn)镺<,2>去極化的過(guò)程中中和了部分的H<'+>或者是因?yàn)樵嚇颖砻娓g產(chǎn)物較多起到了一定的保護(hù)作用，從而導(dǎo)致腐蝕速率下降。 利用交流阻抗(EIS)技術(shù)研究了G105鋼在不同介質(zhì)條件下陽(yáng)極、防極電極過(guò)程，并通過(guò)熱力學(xué)公式推斷不同介質(zhì)條件下陽(yáng)極、陰極反應(yīng)。結(jié)果表明，在3.5wt﹪NaCl+10﹪O<,2>的介質(zhì)條件下，G105鉆具鋼陽(yáng)極反應(yīng)主要為Fe→Fe<'2+>+2e，且反應(yīng)受活化控制，阻極反應(yīng)主要為1/2

4、O<,2>+H<,2>O+2e→2OH<'->，且反應(yīng)受擴(kuò)散控制。在3.5wt﹪NaCl+40﹪CO<,2>的介質(zhì)條件下，G105鉆具鋼陽(yáng)極反應(yīng)主要以Fe→Fe<'2+>+2e和Fe+HCO<,3><'->→FeCO<,3>+H<'+>+2e為主，且兩個(gè)反應(yīng)都受活化控制，陰極反應(yīng)主要以2H<,2>CO<,3>+2e→2HCO<,3><'->+H<,2>和2HCO<,3><'->+2e→2CO<,3><'2->+H<,2>為主，且反應(yīng)同時(shí)

5、具有擴(kuò)散控制和活化控制特征。在3.5wt﹪NaCl+10﹪O<,2>+40﹪CO<,2>的介質(zhì)條件下，G105鉆具鋼陽(yáng)極反應(yīng)以Fe→Fe<'2+>+2e和Fe+HCO<,3><'->→FeCO<,3>+H<'+>+2e為主，陪極氧化過(guò)程同時(shí)具有擴(kuò)散控制和活化控制特征，陰極反應(yīng)主要以1/2O<,2>+2H<'+>+2e→H<,2>O或者2HCO<,3><'->+2e→2CO<,3><'2->+H<,2>為主，陰極過(guò)程受擴(kuò)散控制。合理使用緩

6、蝕劑是防止金屬及其合金發(fā)生腐蝕的有效方法。 通過(guò)失重實(shí)驗(yàn)挑選CO<,2>和O<,2>共存條件下的緩蝕劑。三種咪唑啉類緩蝕劑均可有效地抑制G105鋼在CO<,2>和O<,2>共存條件下的腐蝕，且緩蝕率均達(dá)80﹪以上。采用掃描電鏡和體視顯微鏡觀察試樣在空白3.5wt﹪NaCt+10﹪O<,2>+40﹪CO<,2>溶液中和添加40mgg/L咪唑啉類緩蝕劑的腐蝕溶液中浸泡168h后的表面狀況，結(jié)果表明，三種咪唑啉類緩蝕劑均能夠很好的抑制

7、G105鋼在此介質(zhì)中的腐蝕。 為了探討緩蝕劑的作用機(jī)理，作者采用極化曲線法、交流阻抗法和循環(huán)伏安法對(duì)緩蝕劑的緩蝕機(jī)理進(jìn)行了深入地研究。 (1)極化曲線顯示，緩蝕劑是抑制陽(yáng)極過(guò)程為主的混合型緩蝕劑。(2)交流阻抗法分析了緩蝕劑的成膜過(guò)程，其成膜過(guò)程分三個(gè)階段：反應(yīng)初期，緩蝕劑分子優(yōu)先在陽(yáng)極反應(yīng)或陰極反應(yīng)活性點(diǎn)上吸附：反應(yīng)中期，咪唑基團(tuán)和其他基團(tuán)的競(jìng)爭(zhēng)吸附逐漸達(dá)到了平衡，金屬表面的腐蝕產(chǎn)物膜也不斷增厚，電荷轉(zhuǎn)移電阻和高頻容抗

8、弧半徑隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增大；反應(yīng)后期，吸附較不牢固的基團(tuán)逐漸脫落，交流阻抗譜圖的感抗弧消失。(3)咪唑啉類緩蝕劑的緩蝕性能主要通過(guò)吸附和與腐蝕產(chǎn)物成膜達(dá)到保護(hù)效果。(4)采用極化曲線法，循環(huán)伏安法分析了緩蝕劑的陽(yáng)極脫附行為，結(jié)果表明，其中的兩種咪唑啉類緩蝕劑均存在阻極脫附現(xiàn)象，當(dāng)陽(yáng)極極化電位超過(guò)-0.52V(vs.SCE，下同)左右時(shí)，極化電流迅速增大，緩蝕劑因發(fā)生大量脫附而失去對(duì)陽(yáng)極過(guò)程的抑制；緩蝕劑的陽(yáng)極脫附電位分別是-0.52