不同腐蚀介质流速下三类管材的腐蚀分析与评价

（1中海石油（中国）有限公司湛江分公司，广东  湛江  524000；

2中海油能源发展股份有限公司湛江分公司，广东 湛江  524000）

摘  要：文章就不同流速下3Cr、13Cr与超级3Cr这三类管材的腐蚀问题开展分别在腐蚀介质流速5m/s、3m/s、1m/s条件下的腐蚀实验，并就实验结果进行了详细分析与评价。综合分析认为腐蚀介质流速增加，流体对样品的冲刷作用力增大。三种钢材均在5m/s时腐蚀速率达到最大值，流速对3Cr试样腐蚀速率的影响远大于对13Cr和超级13Cr试样的影响。在不同的流速下，13Cr和超级13Cr钢的腐蚀速率均小于油田腐蚀控制指标0.076mm/a，属于轻度腐蚀程度；3Cr钢的腐蚀速率值均高于0.076mm/a，属于极严重腐蚀程度。

关键词：不同腐蚀介质；介质流速；三类管材；腐蚀速率

1 腐蚀介质流速5m/s条件下的腐蚀评价

1.1 实验参数

液体流速：5m/s；

实验温度：T=83℃；

二氧化碳分压：9.436MPa；

饱和压力：14MPa；

液相介质：模拟地层水；

气相介质：二氧化碳+氮气；

实验时间：t=15d；

实验材质：3Cr、13Cr、超级13Cr。

1.2 实验结果

采用高温高压反应釜，进行CO2分压9.436MPa，温度为83℃、液体腐蚀介质流速5m/s、实验周期15d实验条件下的腐蚀实验。实验结束后，打开高温高压反应釜取出试样，使用去膜液清洗，烘干，称重并计算平均腐蚀速率，结果如表1所示。3Cr在气相中的中腐蚀速率为0.4549mm/a，小于其在液相中的腐蚀速率1.2735mm/a，根据NACE RP0775-91对平均腐蚀程度的规定，属于极严重腐蚀程度，大于油田的腐蚀控制指标0.076mm/a。13Cr、超级13Cr在气相中的腐蚀速率均大于在液相中的腐蚀速率，在气相中腐蚀速率分别为0.0210mm/a和0.0137mm/a，在液相中的腐蚀速率均小于0.01mm/a，均属于轻度腐蚀程度，小于油田的腐蚀控制指标0.076 mm/a（表1）。

表1 腐蚀介质流速5m/s条件下的腐蚀评价结果

对清洗腐蚀产物后的试片称量可计算平均腐蚀速率，对试样的宏观形貌分析能反映其腐蚀宏观特征。分析3Cr、13Cr、超级13Cr试片腐蚀前和腐蚀清洗后的宏观照片发现。气相腐蚀介质中3Cr试样表面光滑，在清洗后表面失去金属光泽局部区域呈暗黄色；液相腐蚀介质中3Cr试样表面呈深黑色，表面粗糙不平，从表观判断，属于严重腐蚀。暴露在气相CO2中13Cr样品表面平整，失去金属光泽；液相腐蚀介质中的13Cr试片表面腐蚀非常轻微，生成了一层致密的腐蚀产物膜，使用去膜液清洗后未能完全去除。与3Cr试片相比，13Cr试片表面光滑平整，未发现蚀坑等局部腐蚀特征，从表观判断，13Cr试片在液相与气相中均发生轻度的均匀腐蚀。超级13Cr气相中的试片平整光滑，未观察到明显腐蚀区域，液相中的试片有较好的金属光泽，属于轻微腐蚀。

2 腐蚀介质流速3m/s条件下的腐蚀评价

2.1 实验参数

液体流速：3m/s；

实验温度：T=83℃；

二氧化碳分压：9.436MPa；

饱和压力：14MPa；

液相介质：模拟地层水；

气相介质：二氧化碳+氮气；

实验时间：t=15d；

 实验材质：3Cr、13Cr、超级13Cr。

2.2 实验结果

 表2  腐蚀介质流速3m/s条件下腐蚀实验结果

采用高温高压反应釜，进行CO2分压9.436MPa，温度为83℃、液体流速3m/s、实验周期15d条件下的腐蚀实验。实验结束后，打开高温高压反应釜取出试样，去膜液清洗，烘干，称重并计算平均腐蚀速率，结果如表2-3所示。3Cr在气相中的中腐蚀速率为0.3793mm/a，小于其在液相中的腐蚀速率1.0099mm/a，根据NACE RP0775-91对平均腐蚀程度的规定，属于极严重腐蚀程度，大于油田腐蚀控制指标0.076mm/a。与相同实验条件下3Cr试片腐蚀规律相反，13Cr、超级13Cr在气相中的腐蚀速率均大于在液相中的腐蚀速率，在气相中腐蚀速率分别为0.0204mm/a和0.0127mm/a，在液相中的腐蚀速率分别为0.0026mm/a和0.0013mm/a，根据NACE RP0775-91对平均腐蚀程度规定，均属于轻度腐蚀程度(表2)。

对清洗腐蚀产物后的试片称量可计算平均腐蚀速率，对试样的宏观形貌分析能反映其腐蚀宏观特征。分析3Cr、13Cr、超级13Cr试片腐蚀前和腐蚀清洗后的宏观照片发现。气相腐蚀介质中3Cr试样表面光滑，在清洗后部分区域失去金属光泽局部呈黄色；液相腐蚀介质中3Cr试样表面呈深黑色，表面粗糙，从表观判断，液相腐蚀介质中试片比对应气相腐蚀介质中试片腐蚀严重，与腐蚀速率计算结果吻合。暴露在气相CO2中13Cr样品表面光滑平整且有明显金属光泽；液相腐蚀介质中的13Cr试片表面平整失去金属光泽，生成了一层致密的腐蚀产物膜，使用去膜液清洗后未能完全去除。从表观判断，13Cr试片在液相与气相中均发生轻度的均匀腐蚀。超级13Cr气相中的试片表面未观察到明显腐蚀区域，液相中的试片有较好的金属光泽，属于轻微腐蚀。

3 腐蚀介质流速1 m/s条件下的腐蚀评价

3.1 实验参数

液体流速：1m/s；

实验温度：T=83℃；

二氧化碳分压：9.436MPa；

饱和压力：14MPa；

液相介质：模拟地层水；

气相介质：二氧化碳+氮气；

实验时间：t=15d；

实验材质：3Cr、13Cr、超级13Cr。

3.2 实验结果

采用高温高压反应釜，进行CO2分压9.436MPa，温度为83℃、液体流速1m/s、实验周期15d条件下的腐蚀实验。实验结束后，打开高温高压反应釜取出试样，使用去膜液清洗，烘干，称重并计算平均腐蚀速率，如表3所示。3Cr在气相中的中腐蚀速率为0.1814mm/a，小于其在液相中的腐蚀速率0.8830mm/a，根据NACE RP0775-91对平均腐蚀程度的规定，属于严重腐蚀-极严重腐蚀程度。大于油田的腐蚀控制指标0.076mm/a。与3Cr规律不同，13Cr、超级13Cr在气相中的腐蚀速率均大于在液相中的腐蚀速率，在气相腐蚀介质中腐蚀速率分别为0.0169mm/a和0.0117mm/a，在液相中的腐蚀速率分别为0.0024mm/a和0.0013mm/a，均小于0.01mm/a，均属于轻度腐蚀程度。13Cr、超级13Cr腐蚀速率均远小于油田腐蚀控制指标0.076mm/a。

表3 腐蚀介质流速1m/s条件下腐蚀实验结果

对清洗腐蚀产物可称量计算腐蚀质量损失，此时，试样的宏观形貌也能反映其宏观特征。3Cr、13Cr、超级13Cr试片腐蚀前和腐蚀清洗后的宏观照片分析发现。3Cr在气相腐蚀介质中实验后试样表面光滑，粗糙度不大，局部呈暗黄色，有发生腐蚀的趋势；液相腐蚀介质中的试样表面粗糙，在清洗后表面呈深黑色但粗糙度不大，从表观判断，属于严重腐蚀。暴露在气相CO2中13Cr试片表面平整，有较好的金属光泽；液相中的13Cr试片表面金属光泽消失，可能生成了致密的腐蚀产物膜，与3Cr样品相比，表面光滑平整，未发现蚀坑等局部腐蚀特征，从表观判断，13Cr试片在液相与气相中均发生轻度的均匀腐蚀。超级13Cr气相中的试片表面总体表面平整，液相中的试片有较好的金属光泽，未观察到明显腐蚀。

4 腐蚀介质流速对管材腐蚀的影响规律

综合分析不同流速下3Cr、13Cr与超级3Cr钢材的腐蚀速率认为：在0-5m/s内，随流速的升高，气相与液相腐蚀介质中3Cr试片表面腐蚀速率均升高。腐蚀介质流速增加，流体对样品的冲刷作用力增大。一方面，试片表面生成的不稳定腐蚀产物层脱落，无法形成致密产物层以起到保护基底的作用；另一方面，增加了传质速率，促进腐蚀反应的进行。三种钢材均在5m/s时腐蚀速率达到最大值，流速对3Cr试样腐蚀速率的影响远大于对13Cr和超级13Cr试样的影响。在不同的流速下，13Cr和超级13Cr钢的腐蚀速率均小于油田腐蚀控制指标0.076mm/a，属于轻度腐蚀程度；3Cr钢的腐蚀速率值均高于0.076mm/a，属于极严重腐蚀程度。

参考文献：

[1] 邢希金.3Cr管材在含氧气驱生产井中腐蚀行为与防护研究[J].装备环境工程.2021（01）:16-21.

       来源：化学工程与装备 - 官方网站 - 创刊于1972   2022年第12期   在线投稿  >>