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两种油套管抗硫钢的H_2S/CO_2腐蚀研究

作　者: 徐东林
导　师: 刘烈炜
学　校: 华中科技大学
专　业: 应用化学
关键词: 油管钢/套管钢 H2S/CO2 化学元素电偶腐蚀硫化物应力腐蚀
分类号: TG172
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

普光气田属于高酸性气田,材料的腐蚀问题是其开发的关键问题之一,但国内外还没有开发此类气田公开的成熟经验,为了普光气田安全开发必须对抗硫钢在高含硫化氢/二氧化碳环境下的腐蚀进行科学的研究。本研究通过失重实验、电化学实验、硫化氢应力腐蚀实验和电偶电流跟踪监测等方法,结合SEM、EDS、XRD、EIS等技术分别对油管抗硫钢和套管抗硫钢的H₂S/CO₂腐蚀进行了研究;分析了材料元素成分及含量对抗硫钢失重腐蚀和硫化氢临界应力的影响规律;探讨了高酸下H₂S/CO₂点蚀特征与pH值和温度的关系;对高含H₂S/CO₂环境下抗硫钢腐蚀机理提出了新见解;最后从腐蚀产物膜和H₂S溶解度两个角度对抗硫钢在H₂S/CO₂下的电偶腐蚀进行了深入的讨论,并对金属Ti作为防护电偶腐蚀的过渡材料的可行性做了初步探讨。实验发现,在H₂S/CO₂全面腐蚀方面,低温时JSS抗硫钢优于SRS,高温时相反;在抗硫化氢应力腐蚀方面SRS的Sc值小于JSS抗硫钢。通过分析指出,合金元素Mn、Ni、Cr、Mo等元素含量的提高一般可以提高的抗硫钢耐全面腐蚀性能,但其中Mn、Ni和少量Cr的存在对硫化氢应力腐蚀（SSCC）不利。极化曲线和交流阻抗表明,80℃下SRS随着硫化氢浓度的提高腐蚀速率会先增加后降低,拐点在400mg/L附近。实验还证明了腐蚀产物膜的形成模型是随着浸泡时间的延长由表面模型转变为表面/溶液模型。材料表面微观照片显示随着温度的升高局部腐蚀变得更加严重;从二维视角看,在pH=4.0时,抗硫钢JSS点蚀向着垂直于表面方向生长,而pH=3.0时点蚀向着四周发展,呈扩散生长。通过电偶电流跟踪监测和SEM、EDS、XRD等手段分析表明:1.在H₂S/CO₂饱和的3%NaCl溶液中电偶腐蚀产物与失重腐蚀产物基本相同,2.腐蚀产物膜的脱落直接导致电偶腐蚀速率的剧增,3.腐蚀产物膜导致的电偶腐蚀不会持续进行,而SRS/G3电偶腐蚀会达到一稳定值且持续进行。对Ti在pH=3.2的盐水中的腐蚀研究结果表明当溶液电阻足够大或者使用的Ti管线足够长时,Ti管线的使用可以使得抗硫钢SRS与G3合金的电偶腐蚀降低了85%。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-21
  1.1 二氧化碳和硫化氢理化性质  8-10
  1.2 油气田中二氧化碳和硫化氢的腐蚀性危害  10-12
  1.3 国内外含硫气田现状及腐蚀环境  12-14
  1.4 CO_2/H_2S 环境中的腐蚀类型  14
  1.5 国内外对硫化氢/二氧化碳腐蚀的研究进展  14-16
  1.6 CO_2/H_2S 共存条件下腐蚀影响因素  16-18
  1.7 H_2S/CO_2 腐蚀研究热点问题及发展方向  18-19
  1.8 课题来源及其研究目的和意义  19-20
  1.9 主要研究内容  20-21
2 实验部分  21-31
  2.1 主要实验药品、材质和实验仪器  21-22
  2.2 试样的实验前处理  22-23
  2.3 试样的实验后处理  23
  2.4 实验气体  23-24
  2.5 实验装置与实验方法  24-29
  2.6 电偶腐蚀速率指标及各指标之间的转换  29-31
3 失重实验结果与讨论  31-50
  3.1 G3 高合金钢和抗硫钢电化学性能初探  31-32
  3.2 抗硫钢在H_2S/CO_2 饱和3%NACL（PH＝4.0）溶液中的试验  32-39
  3.3 抗硫钢在H_2S/CO_2 饱和3%NACL/0.5%HAC(PH=3.0)溶液中试验  39-42
  3.4 低浓度H_2S 下抗硫钢SRS 腐蚀行为讨论  42-44
  3.5 腐蚀产物的形成与腐蚀反应历程讨论  44-46
  3.6 H_2S/CO_2 饱和环境下温度和PH 值对局部腐蚀的影响  46-48
  3.7 本章小节  48-50
4 硫化氢应力腐蚀实验结果与讨论  50-56
  4.1 临界应力 Sc 测试-三点弯曲法  50-53
  4.2 临界应力 Sc 测试-弯梁法  53-54
  4.3 应力腐蚀的预防  54-55
  4.4 本章小结  55-56
5 电偶腐蚀实验结果与讨论  56-63
  5.1 腐蚀产物膜对电偶腐蚀速率的影响  56-57
  5.2 G3 合金钢和抗硫钢SRS 电偶腐蚀  57-60
  5.3 电偶腐蚀防护新法初探  60-62
  5.4 本章小节  62-63
6 全文总结与展望  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-71
附录攻读学位期间发表论文目录  71

两种油套管抗硫钢的H_2S/CO_2腐蚀研究

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