多元热流体中p110钢的腐蚀与防护.pdf
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1、石油与天然气化工 多元热流体中P110 钢的腐蚀与防护 * 马增华 1 孙永涛1 刘海涛1 王少华1 付朝阳2 (1. 中海油田服务股份有限公司油田生产研究院;2.华中科技大学化学与化工学院) 摘要:采用高温高压釜失重法,研究了油田常用的管材 P110 钢在 40280的多元热流体中 的动态腐蚀,并评价了不同温度下四种高温缓蚀剂的缓蚀性能。实验结果表明:在 40280温度 范围内,P110 钢的腐蚀速率存在两个极大值,分别为 60和 180;HGY-710 和 HGY-710A 型 缓蚀剂适应多元热流体工况,实验浓度 200mg/L 时缓蚀率85%,现场使用浓度 750ppm 的 HGY-71
2、0,防腐效果明显。 关键词:多元热流体;腐蚀;高温;缓蚀剂;油管钢 1 前言 多元热流体是由柴油、 原油或天然气与空气燃烧后与水混合并将水加热或汽化后的多元组分流 体,主要包括N2、CO2、热水、蒸汽等组分。该技术依靠多元增产机理在渤海稠油油田开展试验 1, 并取得了很好的增产效果。但高温流体中的CO2和O2对井下管柱造成了严重的腐蚀 2,阻碍了多元 热流体技术的推广应用。 由于组成介质的多元性及现场工况的不确定性使得多元热流体腐蚀机理复 杂 3,给现场防护带来了很大的困难。常规温度(低于 100)下CO 2腐蚀行为和缓蚀剂保护技术有较 多的研究 4-6,高温下CO 2和O2的腐蚀及高温(超过
3、 200)下CO2缓蚀剂的研究少有文献报导。 多元热流体温度可根据不同采油工艺及油藏需求在 40280范围内进行调节。 本文模拟多元 热流体的组分及环境, 研究了不同温度的多元热流体中 P110 钢的腐蚀变化规律,并评价了高温下不 同高温缓蚀剂的缓蚀性能,以期指导现场防腐工艺。 2 实验部分 2.1 实验仪器与材料 实验采用 Cortest 高温高压反应釜进行测试。 实验选用尺寸为 50mm10mm3mm 的 P110 钢试样,其化学成分见表 1。 * 收稿日期:2012-04-29 项目名称: 国家重大科技专项“大型油气田及煤层气开发”-子课题“多元热流体热采工程技术示范”(编号 2011Z
4、X05057-005-001); 作者简介: 马增华(1984 年-), 男, 学士/工程师, 中海油田服务股份有限公司油田生产研究院稠油所. 1 精品资料 精品资料 石油与天然气化工 表 1 P110 钢化学成分(wt%) C Si Mn P S Cr Mo Ni 0.24 0.24 0.65 0.004 0.005 0.97 0.25 0.036 实验水样采用模拟的多元热流体水样,其组成见表 2。 表 2 多元热流体水样的离子组成(mg/L) K +Na+ Mg 2+ HCO3 - SO4 2- Cl - 总矿化度 63.40 4.96 125.3 25.70 20.41 239.8 实验
5、选用缓蚀剂型号为:HGY-710,HGY-710A,Y-1,COS-1。 2.2 高温高压釜测试 采用高温高压釜腐蚀失重法进行多元热流体腐蚀测试。腐蚀试片经无水酒精、丙酮清洗去油, 晾干,称重,置于干燥器中备用。常温下往高压釜中加入腐蚀介质,挂片,平行样3个,密封。先 通入计量的O2,再通入计量的CO2,升温至所需要的温度,调节控制转速以模拟不同流速状态,文 中流速均为试片线速度。腐蚀24 h后取出试片,清洗、除锈、干燥后称重并记录数据与试片表面情 况。 平均腐蚀速率按式(1)进行 (1) 之差,g; m 3; C 换算系数(8.75 104); 缓蚀率按公式(2)进行计算: = ( V1 -
6、 V2) / V1 100% (2) 加缓蚀剂腐蚀速率,mm/a。 2.3 面用600、800、1200金相砂纸打 磨, 计算 V = C G/ (S t ) 式中 V 平均腐蚀速率,mm/a; G 实验前后试片质量 S 试片表面积,cm 2; t 腐蚀时间,h; 试片材质密度,g/ c 式中 缓蚀率,%; V1 空白腐蚀速率,mm/a; V2 电化学测试 测试电极使用P110钢,工作面积为1cm 2,使用前电极表 然后用无水乙醇和丙酮擦拭,放在干燥器中备用。 实验使用CS-350电化学工作站。采用三电极体系,以P110钢电极为工作电极,饱和甘汞电极为 2 精品资料 精品资料 石油与天然气化工
7、 参比电极,铂电极为辅助电极。试验温度为90,空白介质为饱和CO2的多元热流体水样溶液,缓 蚀剂为HGY-710和HGY-710A, 加入浓度为200mg/L。 动电位极化曲线测试时电位扫描范围为自腐蚀电 位0.1V,扫描速度为0.5mV/s。交流阻抗测试在开路电位下进行,频率范围为10mHz-10kHz,正弦 0 mV。 3.1 别测试了P110 钢在 40、60、90、120、160、200、240、280温度下的腐蚀速率,结果见图 1。 波交流激励信号幅值为1 3 实验结果及讨论 不同温度下的腐蚀 在模拟多元热流体水样中,控制CO2分压 2MPa,O2分压 0.02MPa,流速 1m/s
8、,分 050100150200250300 2 3 4 5 6 7 8 Corrosion rate, mm/a Temperature, 0C 图 1 不同温度下多元热流体水样中P110 钢的腐蚀速率 由图 1 可知,在 40280温度范围内,在含有CO2和O2的多元热流体中P110 钢的腐蚀速率存 在两 20为分割点,分段采用高斯拟合,分别得出 2 个不同温度范围内的腐蚀速率与温度间的 关系 R 870 + 3.8064 exp-(T-175.09) 2/1363.991 R 2=0.9681 密性有关 8。在较高温度区间(160280) ,试片表面呈现红黑色,表现出氧化腐蚀特征为主。 个
9、峰值,主峰值为 180左右,次峰值为 60左右,这一特点与N80 钢的腐蚀情况相同 7。 以 1 : (1)40120: V = 2.5486 + 2.069 exp-(T-60) 2/646.21 2=0.9468 (2)120280: V = 1.9 式中,T为温度,单位为。 不同温度下P110 钢在多元热流体中腐蚀的宏观形貌见图 2。在较低温度区间(40120) ,试 片表面主要为灰黑色,腐蚀主要表现为CO2腐蚀特征,60时腐蚀速率出现峰值与碳酸亚铁膜的致 3 精品资料 精品资料 石油与天然气化工 图 2 不同温度下多元热流体水样中P110 钢的腐蚀试片形貌 P110 钢在不同温度多元流
10、体中出现两个峰值的腐蚀变化特征,与腐蚀阴极过程的主控因素变 化有关。在模拟介质中,腐蚀阴极同时存在二氧化碳的氢去极化腐蚀和氧的去极化腐蚀,氧的去极 化腐蚀与氧的扩散速率密切相关。 较低温度部分, 腐蚀速率峰值的出现与单独二氧化碳腐蚀特征相 符,即碳酸亚铁膜的完整性和保护作用有关,此时氧的浓度低并且扩散速率慢,主要表现为高压二 氧化碳腐蚀控制的特点。 进入高温区域, 高压下氧的扩散增强, 碳酸亚铁膜会部分转变为氧化铁膜, 腐蚀增大,温度继续升高,高温氧化铁膜也逐渐致密,具有保护作用,使腐蚀速率有所降低,高温 下主要表现为氧腐蚀控制为主的特征。 3.2 不同缓蚀剂的缓蚀效果评价 模拟多元热流体工况
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- 多元 流体 p110 腐蚀 防护
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