油套管钢高温高压条件下的二氧化碳腐蚀行为研究

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1、摘要摘要二氧化碳腐蚀也叫“甜蚀”，是困扰石油天然油气工业发展的非常棘手的问题。国际上对于二氧化碳腐蚀问题的研究一般限于常温常压和高温高压，但研究压力一般远低于二氧化碳的超临界压力。二氧化碳在温度高于31．2"C且压力高于7．382MPa时将处于超临界状态。现有的一些深井油气田和目前正在开发的一些深井及超深并油气田，并中的温度和压力均远高于二氧化碳的超临界温度和压力。另外，不同的采油及相应的油气输送阶段，二氧化碳的腐蚀行为是不一样的。本文系统研究了高温高压(油气输送压力)和高温超高压条件下油套管钢在高压二氧化碳饱和的原油／水

2、／气多相流环境及超高压二氧化碳饱和地层水中的腐蚀行为，运用ESEM、EDS、XRD及XPS等先进分析手段研究了相应条件下腐蚀产物膜的形貌、组成和结构，同时运用电化学极化曲线和电化学交流阻抗测试方法研究了油套管钢在高温超临界二氧化碳饱和CaCl2型地层水中生成腐蚀产物膜的电化学特征。研究表明，原油水介质含量比是影响油套管钢二氧化碳腐蚀的～个重要因素。在油气的输送压力条件下，无论是静态或动态在含水量为50％时，腐蚀速率出现一个波峰值：动态时在含水量为70％时腐蚀速率出现波谷。当压力在二氧化碳超临界压力以上时，动态环境下，腐蚀速

3、率在含水量为50％~70％之间发生突变。动态、原油输送压力条件下，腐蚀产物膜表现为层状结构，主要成份为碳酸亚铁及由于类质同像置换产生的碳酸复盐：在输送压力条件下产生的腐蚀产物不稳定，置于干燥的空气中也会发生分解：类质同像置换和腐蚀产物的分解使得腐蚀产物碳酸亚铁的XRD及XPS谱峰较标准碳酸亚铁谱峰发生偏移。温度也是影响二氧化碳腐蚀速率的一个关键因素。在高温超高压二氧化碳饱和水溶液中，随温度升高腐蚀速率降低。这种条件下生成的腐蚀产物膜中钙，铁氧等元素在横截面上分布是不均匀的。EIS测试表明，高温超高压二氧化碳饱和水溶液中形成

4、的腐蚀产物膜的交流阻抗图谱有三种类型。关键词：油套管钢高温高压腐蚀二氧化碳腐蚀产物膜ABSTRACTCarbondioxide(c02)corrosionwhichisalsonamed“sweetcorrosion”isagreatconcemintheoilandgasindustry．StudiesonC02corrosionwerefocusedontheC02corrosionatapartialpressureofC02farbelow7，382MPa(super-criticalpressure)．C02wi

5、llbeinasuper-criticalstatewhenitiscompressedover7．382MPaandheatedover31．2"C(criticaltemperature)．Somewellsinoilfieldsareverydeepinwhichthetemperaturesandpressuresarebotlloverthesuper—criticaltemperatureandpressureofC02Therefore，thecorrosionbehaviorsofoiltubesvaryw

6、iththevariationinoilexploitationstageandthecorrespondingtransportationprocess．Thispaperinvestigatesthecorrosionbehaviorsystematicallyofoiltubesincrudeoil／water／gasmulti—phasemixturessaturatedwitllsuper-criticalC02andinCaCl2solutionssaturated丽廿1super-criticalC02．El

7、ectrochemicalcharacteristic．morphology,chemicalcompositionandmicrostmctureoftheresultedcorrosionscalewereanalyzedwithSEM，EDS，XRD，XPSandelectrochemicalimpendencespectroscopy(EIS)．Theresultsshowthatwatercut(crudeoil／waterratio)significantlyinfluencestheC02corrosionb

8、ehaviorofoiltubesteels．BothinstaticandturbulentcondifionscorrosionrateexhibitedabruptlyincreasewhilethewatercutWaS50％andtheC02pressurewasO．5MPacommonlyu