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油套管及封隔器用钢在封隔液环境下的电偶腐蚀行为研究

作　者: 赵华莱
导　师: 闫康平
学　校: 四川大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 电偶腐蚀油管套管封隔器封隔液
分类号: TG172
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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引　用: 4次
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内容摘要

本文以酸性油气井典型油套管及封隔器材料为实验材料，采用电化学实验方法和浸泡实验法，研究了Inconel 718—VM80SS电偶对和N08028—BG95SS电偶对在封隔液环境中的电偶腐蚀行为，对两种实验方法所得数据进行了比较，探讨了电偶电位、阴阳极面积比以及阴阳极间距对电偶腐蚀效应的影响，拟为提高材料的使用寿命提供有益的参考数据。通过较为系统的实验研究和理论分析，得出如下主要结论：根据理论分析及腐蚀产物EDS分析显示，该封隔液体系中金属的腐蚀为氧去极化腐蚀。Inconel 718—VM80SS电偶对中，VM80SS钢的自腐蚀电位比Inconel 718合金钢的相应值更负，当二者偶合后，VM80SS作为阳极腐蚀加剧，Inconel 718合金钢作为阴极受到保护而腐蚀减缓。N08028—BG95SS电偶对中，BG95SS钢的自腐蚀电位比N08028钢的更负，当二者偶合后，BG95SS作为阳极腐蚀加剧，N08028作为阴极受到保护而腐蚀减缓。通过浸泡实验得到的电偶腐蚀效应是通过电化学实验得到的相应值的1～10倍，且该倍数随着阳极金属面积的相对增加呈上升趋势，根据理论分析及前人的研究分析，这可能是由于两组电偶对中作为阳极的VM80SS和BG95SS试样表面存在微电池，不仅存在金属阳极溶解过程，同时阴极过程也以很大的速度进行，以致阳极金属的阳极溶解电流大于电化学方法测得的电偶电流。两组电偶对偶接后阳极金属的电偶腐蚀效应均随阴阳极面积比的增大而增大。阴阳极面积比对两种不同偶对电偶腐蚀的影响呈现出相同的规律，即随着阴阳极面积比的增大，电偶电位基本呈对数增长，电偶电流密度基本呈线性增长。Inconel 718—VM80SS电偶对中，作为阴极材料的Inconel 718合金钢和作为阳极材料的VM80SS钢的自腐蚀电位只相差约60mV，N08028合金钢—BG95SS钢电偶对的自腐蚀电位只相差约50mV，且在阴阳极面积比小于3：1时偶合后的电偶电流密度及腐蚀速率都很小(阴阳极面积比为3：1时，作为阳极金属的VM80SS和BG95SS腐蚀速率分别为0.033mm／y和0.028mm／y)，因此在该体系中电偶腐蚀趋势并不严重。但根据电偶电流密度随阴阳极面积比呈线性增长的规律，实际工程应用中应注意避免大阴极小阳极的不利面积比。根据本实验研究结果，参考航天航海等领域的研究成果，结合石油天然气自身的特点，油气井工程中的电偶腐蚀控制可以考虑采用合理的设计与选材、对材料进行表面处理、对易发生电偶腐蚀的部位进行绝缘与密封以及加入合适的缓蚀剂等措施。

全文目录

摘要  2-4
Abstract  4-9
1. 绪论  9-30
  1.1 研究背景及意义  9-11
  1.2 油气井生产管柱结构概述  11-16
    1.2.1 油套管及封隔器  12-13
    1.2.2 封隔液  13-16
      1.2.2.1 封隔液的功能及要求  13-14
      1.2.2.2 封隔液的种类  14-16
  1.3 电偶腐蚀研究进展  16-29
    1.3.1 电偶腐蚀原理  16-19
    1.3.2 电偶腐蚀影响因素  19-28
      1.3.2.1 电位的影响  20
      1.3.2.2 极化的影响  20-21
      1.3.2.3 介质因素的影响  21-23
      1.3.2.4 阴阳极面积比的影响  23-28
      1.3.2.5 温度的影响  28
      1.3.2.6 电偶对之间距离的影响  28
      1.3.2.7 腐蚀产物的影响  28
    1.3.3 国内外研究现状  28-29
  1.4 本文主要研究工作  29-30
2. 研究方法与实验方案  30-38
  2.1 电偶腐蚀研究方法概述  30-35
    2.1.1 浸泡实验法  30-31
    2.1.2 电化学实验法  31-35
      2.1.2.1 测量参数  31-32
      2.1.2.2 测量方法  32-35
  2.2 实验方案设计  35-38
    2.2.1 实验方法选择  35
    2.2.2 实验材料  35-36
    2.2.3 实验介质  36
    2.2.4 实验仪器  36-37
    2.2.5 研究思路  37-38
3. INCONEL 718-WM80SS电偶对电偶腐蚀行为研究  38-53
  3.1 实验介绍  38-39
  3.2 实验结果  39-45
    3.2.1 自腐蚀电位、电流及极化曲线测量  39-41
    3.2.2 电偶腐蚀测量  41-42
    3.2.3 浸泡实验  42-44
    3.2.4 浸泡试样微观形貌观察  44-45
  3.3 分析与讨论  45-51
    3.3.1 VM80SS-718电偶对的电偶腐蚀行为预测  45-46
    3.3.2 电偶腐蚀效应的计算  46-49
    3.3.3 阴阳极面积比对电偶腐蚀的影响  49-50
    3.3.4 电偶对间距对电偶腐蚀的影响  50-51
  3.4 本章小结  51-53
4. N08028-BG95SS电偶对电偶腐蚀行为研究  53-67
  4.1 实验介绍  53-54
  4.2 实验结果  54-60
    4.2.1 自腐蚀电位、电流及极化曲线测量  54-56
    4.2.2 电偶腐蚀测量  56-57
    4.2.3 浸泡实验  57-59
    4.2.4 浸泡试样微观形貌观察  59-60
  4.3 分析与讨论  60-65
    4.3.1 N08028-BG95SS电偶对的电偶腐蚀行为预测  60-61
    4.3.2 电偶腐蚀效应的计算  61-63
    4.3.3 阴阳极面积比对电偶腐蚀的影响  63-65
    4.3.4 电偶对间距对电偶腐蚀的影响  65
  4.4 本章小节  65-67
5. 油气井生产管柱中电偶腐蚀控制与展望  67-75
  5.1 电偶腐蚀控制  68-74
    5.1.1 添加缓蚀剂  68-71
    5.1.2 合理设计与选材  71
    5.1.3 绝缘与密封  71-73
    5.1.4 表面处理  73-74
  5.2 电偶腐蚀控制展望  74-75
6. 结论  75-77
参考文献  77-82
在读期间科研成果简介  82-84
致谢  84

油套管及封隔器用钢在封隔液环境下的电偶腐蚀行为研究

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