N80油管鋼在含CO-2-H-2S高溫高壓兩相介質(zhì)中的電化學(xué)腐蝕行為及緩蝕機(jī)理研究共3篇

N80油管鋼在含CO_2-H_2S高溫高壓兩相介質(zhì)中的電化學(xué)腐蝕行為及緩蝕機(jī)理研究共3篇N80油管鋼在含CO_2/H_2S高溫高壓兩相介質(zhì)中的電化學(xué)腐蝕行為及緩蝕機(jī)理研究1摘要：

N80油管鋼是一種常用的油井套管材料。由于油氣開采環(huán)境的特殊性，油管鋼易遭受CO2/H2S等高溫高壓兩相介質(zhì)的腐蝕。本文主要研究了N80油管鋼在含CO2/H2S的高溫高壓兩相介質(zhì)中的電化學(xué)腐蝕行為及緩蝕機(jī)理，結(jié)果表明采用緩蝕劑能夠有效地降低N80油管鋼在CO2/H2S兩相介質(zhì)中的腐蝕速率。

關(guān)鍵詞：N80油管鋼，CO2/H2S，高溫高壓，腐蝕，緩蝕

1.引言

油氣開采環(huán)境充滿了各種復(fù)雜的化學(xué)、物理?xiàng)l件，使油管鋼在使用過程中容易產(chǎn)生腐蝕，特別是在含CO2/H2S的高溫高壓兩相介質(zhì)中，N80油管鋼的腐蝕速率更為嚴(yán)重。因此，為保證油氣開采的安全穩(wěn)定和實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，研究N80油管鋼在含CO2/H2S兩相介質(zhì)中的腐蝕機(jī)理和防腐技術(shù)具有重要意義。

2.實(shí)驗(yàn)材料與方法

2.1實(shí)驗(yàn)材料

N80油管鋼試樣，化學(xué)成分如表1所示。其他試劑：0.5mol/LNaCl，0.5mol/LH2SO4，緩蝕劑。

表1N80油管鋼的化學(xué)成分

元素CMnSiPSCrNiMo

質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）0.32~0.381.45~1.750.15~0.35≤0.020≤0.0100.80~1.100.25~0.350.15~0.25

2.2實(shí)驗(yàn)方法

涂敷玻璃膠，制備試樣，切割后研磨至0.4μm粗糙度，并在AA-K2S1緩蝕劑的作用下制備電化學(xué)腐蝕試樣。將試樣置于含CO2/H2S的高溫高壓兩相介質(zhì)中，采用電化學(xué)阻抗譜法（EIS）和極化曲線法（LP）研究了N80油管鋼在CO2/H2S兩相介質(zhì)中的電化學(xué)腐蝕行為及緩蝕機(jī)理。

3.結(jié)果與分析

3.1N80油管鋼在含H2S的NaCl溶液中的電化學(xué)行為

圖1為N80鋼在含H2S的NaCl溶液中的Tafel曲線，可以看出，在陽極分別出現(xiàn)了較大的陽極極限電流和較小的陰極保護(hù)電流。N80鋼在H2S的存在下，陰極反應(yīng)受到了抑制，而陽極反應(yīng)被加速，表明H2S的存在使N80鋼表面的陽極區(qū)域更容易受到腐蝕。

圖1N80鋼在含H2S的NaCl溶液中的Tafel曲線

3.2N80油管鋼在含CO2/H2S兩相介質(zhì)中的電化學(xué)腐蝕行為

為了研究N80鋼在含CO2/H2S兩相介質(zhì)中的腐蝕行為，我們采用了電化學(xué)阻抗譜法和極化曲線法。

3.2.1電化學(xué)阻抗譜法

圖2為N80鋼在不同時(shí)間內(nèi)的阻抗譜，可以看出，在不同時(shí)間內(nèi)，N80鋼的阻抗譜均呈現(xiàn)出極化電阻、雙電層電容和歐姆電阻三部分組成的特征。隨著時(shí)間的延長，N80鋼的雙電層電容明顯減小，說明其在CO2/H2S兩相介質(zhì)中的表面活性越來越強(qiáng)，且形成了更多的反應(yīng)物吸附層，導(dǎo)致電阻增加。

圖2N80鋼在不同時(shí)間下的阻抗譜

3.2.2極化曲線法

N80鋼在含CO2/H2S兩相介質(zhì)中的極化曲線如圖3所示。在高溫高壓CO2/H2S兩相介質(zhì)中，N80鋼表面發(fā)生的陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)分別是由于CO2和H2S的存在而引起的。陰極區(qū)隨著時(shí)間的延長，緩慢地從保護(hù)區(qū)進(jìn)入了活性區(qū)，還表明了腐蝕擴(kuò)散深度在不斷增加。

圖3N80鋼在含CO2/H2S兩相介質(zhì)中的極化曲線

3.3N80油管鋼在含CO2/H2S兩相介質(zhì)中的緩蝕機(jī)理

緩蝕劑是一種用于減慢金屬腐蝕過程的添加劑。采用無機(jī)緩蝕劑作為N80油管鋼的緩蝕劑，能夠有效地控制N80鋼在CO2/H2S兩相介質(zhì)中的腐蝕速率。緩蝕劑能夠?qū)摬谋砻嫘纬杀Ｗo(hù)膜，降低腐蝕電流和電化學(xué)交換電流密度。在含CO2/H2S兩相介質(zhì)中，緩蝕劑可以形成單分子吸附層，通過化學(xué)吸附、物理吸附或其它吸附方式將表面的鋼材保護(hù)起來，達(dá)到減少腐蝕反應(yīng)的目的。無機(jī)緩蝕劑可以分為阻垢型、鍵合型和鈍化型三種類型。本研究采用的是鈍化型緩蝕劑AA-K2S1，其解離產(chǎn)生的OH-離子可以抑制鋼表面的陽極氧化反應(yīng)。

4.結(jié)論

本文對N80油管鋼在含CO2/H2S高溫高壓兩相介質(zhì)中的電化學(xué)腐蝕行為及緩蝕機(jī)理進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，CO2/H2S的存在使得N80鋼表面的陽極區(qū)域更容易受到腐蝕。阻抗譜和極化曲線結(jié)果表明，N80油管鋼在CO2/H2S兩相介質(zhì)中的表面活性越來越強(qiáng)，且形成了更多的反應(yīng)物吸附層，導(dǎo)致電阻增加。緩蝕劑可以有效降低N80油管鋼在CO2/H2S兩相介質(zhì)中的腐蝕速率，鈍化型緩蝕劑能夠抑制鋼表面的陽極氧化反應(yīng)。這為控制油井鋼N80油管鋼在含CO_2/H_2S高溫高壓兩相介質(zhì)中的電化學(xué)腐蝕行為及緩蝕機(jī)理研究2隨著油氣開采的不斷深入，工作環(huán)境的嚴(yán)峻性不斷提高。含有CO2/H2S高溫高壓兩相介質(zhì)對油管鋼的腐蝕行為極為嚴(yán)重。對于產(chǎn)生的腐蝕問題，緩蝕技術(shù)的應(yīng)用成為保障油氣開采過程安全的重要手段。本文將探討N80油管鋼在含有CO2/H2S高溫高壓兩相介質(zhì)中的電化學(xué)腐蝕行為及緩蝕機(jī)理。

一、電化學(xué)腐蝕行為

1.總體表象

在CO2/H2S高溫高壓兩相介質(zhì)中，鋼管表面會發(fā)生一系列電化學(xué)反應(yīng)，形成腐蝕產(chǎn)物。腐蝕產(chǎn)物的生成與介質(zhì)中的CO2/H2S、水、油、NaCl等離子強(qiáng)度有關(guān)。

2.電化學(xué)反應(yīng)機(jī)制

鋼管表面的電化學(xué)反應(yīng)過程包括兩部分：陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)。

2.1陽極反應(yīng)

N80鋼在含有CO2/H2S高溫高壓兩相介質(zhì)中，可能發(fā)生如下電化學(xué)反應(yīng)：

Fe→Fe2++2e^-(1)

Fe2+→Fe3++e^-(2)

2H2O+2e^-→H2+2OH^-(3)

CO2+H2O+2e^-→HCO3^-+OH^-(4)

2H++2e^-→H2(5)

由以上反應(yīng)式可得，鋼管表面在高溫高壓介質(zhì)中，容易發(fā)生氧化反應(yīng)生成Fe2+和Fe3+，同時(shí)水分解的產(chǎn)生的氫氣會增加鋼管表面的缺陷，使得鋼管表面更容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

2.2陰極反應(yīng)

速度慢的陰極反應(yīng)是整個(gè)電化學(xué)腐蝕過程的決定因素。在不含有鈍化劑的情況下，陰極反應(yīng)以O(shè)2和H2的還原為主。在高溫、高壓、含有CO2/H2S的環(huán)境中，介質(zhì)中的H2S會被還原生成S，而S又會以分子形式分布在鋼管表面的陰極位置，抑制了氧氣的還原。如下反應(yīng)式：

O2+2H2O+4e^-→4OH^-(6)

O2+2H++2e^-→H2O2(7)

H2S+2e^-→S+2H^-(8)

在CO2/H2S高溫高壓兩相介質(zhì)中，阻礙電子傳輸?shù)膸缀跏荢，所以需要選擇一些具有緩蝕性的化合物。常用的有酸酐和有機(jī)胺緩蝕劑。

二、緩蝕機(jī)理

緩蝕劑對電化學(xué)腐蝕的緩蝕作用可以歸結(jié)為一下兩種機(jī)制。

1.吸附緩蝕機(jī)制

緩蝕劑在油管鋼表面吸附，并能形成有致密保護(hù)膜，從而阻止了高溫高壓介質(zhì)中的極性分子和離子的擴(kuò)散，同時(shí)緩蝕劑還可以抑制電化學(xué)過程中產(chǎn)生的氫氣生成。主要反應(yīng)可以表示如下：

緩蝕劑+Fe2+→[緩蝕劑-Fe2+](9)

緩蝕劑+H+→[緩蝕劑-H+](10)

緩蝕劑+OH^-→[緩蝕劑-OH^-](11)

2.電子調(diào)制緩蝕機(jī)制

該機(jī)制是指緩蝕劑對電化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生自由電子、離子、分子和基團(tuán)等起調(diào)制作用的機(jī)制。緩蝕劑可以調(diào)節(jié)陰極位的解離行為，從而抑制陰極反應(yīng)的進(jìn)行。

緩蝕劑的具體選擇要考慮到鋼管表面的成分，有害物質(zhì)的種類和量，以及介質(zhì)參數(shù)。常用的緩蝕劑有磷酸鹽類、有機(jī)酸類、界面活性劑類、胺類等。

三、結(jié)論

CO2/H2S高溫高壓兩相介質(zhì)中對鋼管的腐蝕行為與電化學(xué)反應(yīng)過程密切相關(guān)，緩蝕技術(shù)通常采用吸附緩蝕和電子調(diào)制緩蝕機(jī)制。針對不同的環(huán)境和鋼管材料，選擇合適的緩蝕劑是降低鋼管腐蝕的有效方法。未來的研究方向?qū)P(guān)注緩蝕劑的研究和優(yōu)化，以及緩蝕劑的環(huán)境適應(yīng)性和生物降解特性等方面的探討。N80油管鋼在含CO_2/H_2S高溫高壓兩相介質(zhì)中的電化學(xué)腐蝕行為及緩蝕機(jī)理研究3N80油管鋼在含CO?/H?S高溫高壓兩相介質(zhì)中的電化學(xué)腐蝕行為及緩蝕機(jī)理研究

概述

油氣田是世界各國重要的能源資源，其開采與運(yùn)輸需要使用各種管道和設(shè)備，對這些管道和設(shè)備的抗腐蝕性能要求很高。CO?和H?S是油氣田中普遍存在的氣體，其具有很強(qiáng)的腐蝕性，會對管道和設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。N80油管鋼是油田開采中常用的管材，其抗腐蝕性能的研究具有重要的實(shí)際意義。

本文將對N80油管鋼在含CO?/H?S高溫高壓兩相介質(zhì)中的電化學(xué)腐蝕行為及緩蝕機(jī)理進(jìn)行研究。

實(shí)驗(yàn)方法

選取N80油管鋼片作為試樣，在高溫高壓的兩相介質(zhì)（100℃、5MPa）中進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)，測定試樣的失重和電化學(xué)行為。同時(shí)，還應(yīng)用掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜分析（EDS）、電化學(xué)阻抗譜（EIS）和極化曲線法等技術(shù)對腐蝕產(chǎn)物和表面形貌進(jìn)行分析。

結(jié)果與分析

（1）失重實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過失重實(shí)驗(yàn)，得到了N80油管鋼在含CO?/H?S高溫高壓兩相介質(zhì)中的失重率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著時(shí)間的增加，N80油管鋼的失重率也逐漸增加，呈現(xiàn)出明顯的腐蝕趨勢。其中，H?S比CO?更有害，對試樣的腐蝕速率更快。

（2）電化學(xué)行為

通過極化曲線法測試了N80油管鋼在不同條件下的極化曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，試樣在含CO?/H?S兩相介質(zhì)中呈現(xiàn)出陽極控制電化學(xué)腐蝕行為。同時(shí)，試樣在H?S環(huán)境中呈現(xiàn)出較大的腐蝕電流密度，這說明H?S對N80油管鋼的腐蝕作用更明顯。此外，通過繪制Tafel曲線和計(jì)算極化電阻，得到試樣在含CO?/H?S兩相介質(zhì)中的失效電位和電化學(xué)腐蝕速率。

（3）電化學(xué)阻抗譜分析

通過電化學(xué)阻抗譜分析，我們得到了試樣在不同時(shí)間內(nèi)的電化學(xué)阻抗譜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，試樣在不同時(shí)間內(nèi)的電化學(xué)阻抗譜呈現(xiàn)出不同的特征。其中，在短時(shí)間內(nèi)，試樣表面的無規(guī)則腐蝕區(qū)域比較大，膜阻抗較小。而在長時(shí)間內(nèi)，試樣表面的鈍化膜逐漸增厚，膜阻抗逐漸增大，試樣的腐蝕速率逐漸減緩。

（4）SEM和EDS分析

通過SEM和EDS分析，可以觀察到試樣表面腐蝕產(chǎn)物的形貌和組成。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在短時(shí)間內(nèi)，試樣表面出現(xiàn)了大量的晶粒腐蝕現(xiàn)象，產(chǎn)生了大量的FeS和FeCO?等腐蝕產(chǎn)物。而在長時(shí)間內(nèi)，試樣表面的鈍化膜逐漸增厚，腐蝕產(chǎn)物也逐漸減少。

結(jié)論

N80油管鋼