腐蚀研究
Corrosion Research
N80钢在模拟油田CO2环境中的腐蚀实验
万家瑰
(东北石油大学，黑龙江大庆163318)
摘要：采用失重法、EMS及EDS分析，模拟油田CO2腐蚀环境对N80钢进行CO2腐蚀实验。 结果表明：随温度和CO2分压的升高，N80钢的腐蚀速率迅速增大，在压力为5MPa、温度为80°C 时，出现最极值。温度大于80°C, N80钢表面附着有连续的腐蚀产物膜，该膜对金属具有一定的保 护作用。
关键词：CO2 N80钢分压腐蚀速率中图分类号：TG172.6
文献标识码：A
DOI： 10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2017.04.072.03
The CO2 Corrosion Experiment of N80 Steel in Simulative Oilfield Condition
WAN Jia-gui
(Northeast Petrolume University, Daqing 163318, China)
Abstract: The CO2 corrosion of N80 steel was experimented in simulative CO2 oilfield condition and analyzed by weight-loss method, EMS and EDS. The result shows that the corrosion rate of N80 steel increases rapidly with the increase of temperature and CO2 partial pressure. When the pressure is
技术
5MPa and the temperature is 80T , the most extreme value occurs. And N80 steel surface is attached to a continuous corrosion product film over 80T , the film has a certain protective effect on the metal.
Key words: CO2; corrosion N80; steel; corrosion rate
0刖言
随着深层含CO2油气层的开发和CO2驱油技术的
1实验方法
实验材料为N 8 0油管钢，试样尺寸为
深入推广，油井套管及地面集输管线的CO2腐蚀越来 越严重，给我国石油工业造成了巨大损失[1]。CO2腐 蚀形态往往是局部腐蚀，这和CO2腐蚀过程中生成的 腐蚀产物膜的保护性密切相关，影响腐蚀产物膜的 主要因素有CO2分压和温度，其本质是CO2溶于水生 成的H2CO3与金属基体之间的腐蚀反应[2]，CO2在水 中的溶解度主要取决于CO2分压和温度。本文采用失 重法、EMS及EDS分析，模拟油田采出液环境，对 N80钢进行CO2腐蚀实验，目的在于了解不同的CO: 分压和温度下，N80钢的腐蚀规律。
40 x 13 x 2mm，试样顶端打孔，小孔直径为4mm。 试样经400#、600#、800#、1000#水砂纸逐级打磨，测量试样表面积，丙酮除油、酒精冲洗，干燥后 称重。
腐蚀介质为某油井采出水，成分见表1。模拟CO2腐蚀的实验装置，如图1所示。CO2分 压为0.1~8MPa，实验温度为20~100\"C，实验时间 为48h。实验结束取出试样酒精清洗吹干，做EMS表 面形貌观察及EDS成分分析。EMS及EDS实验后， 试样表面除镑，酒精冲洗后吹干、称重，采用失重
作者简介：万家瑰(1970-)，女，湖北潜江人，副教授，硕士，主要从事金属材料表面处理及腐蚀
防护研究。
72
TOTAL CORROSION CONTROLVOL.31 No.04 APR. 2017
腐蚀研究
Corrosion Research
表1 pH值7
HC〇3-(mg/L)305.10
co32+
腐蚀介质成分
(mg/L)90.20
Cl-(mg/L)124.09
SO42-(mg/L)168.10
Ca2+
(mg/L)50.01
Mg2+(mg/L)15.19
K++Na+(mg/L)258.75
总矿化度 水硬度(mg/L)(mmol/L)1011.35
1.88
法[3]计算试样的腐蚀速度。
腐蚀介质
(a) 5MPa,40^ (b) 5MPa,60°c
空气压结机
图1 C〇2腐蚀实验装置流程示意图
2实验结果
(c) 5MPa,80°C
(d) 5MPa,100C
技术
2.1试样表面SEM观察
实验结束，试样表面均附着有黑色腐蚀产物， 图2为C02分压为5MPa时，40\"C、60\"C、80\"C、 100\"C的试样表面SEM照片，图3为试样表面的EDS分析结果。
由图2可见，40C时，试样表面腐蚀产物较少， 可见少量腐蚀坑；60C时，试样表面腐蚀产物较 多，但没有形成连续的覆盖层；80C和100C的试样 表面已形成连续的腐蚀产物覆盖层，但覆盖层中有 大量的裂纹。
由图3可以看出，在腐蚀产物膜中含有Fe、C、〇、Mn等元素，可以推测，这种腐蚀产物可能是由 Fe的碳酸盐、铁的氧化物构成。2.2不同C〇2分压下N80钢的腐蚀速率
不同温度下，C〇2分压对N80钢腐蚀速率的影响 如图4所示。
由图4可知，20~40\"C范围内C〇2分压对N80 钢的腐蚀速率的的影响较小，腐蚀速度分别在
图2腐蚀试样表面SEM图
图3腐蚀试样表面EDS图
0.5~2mm/a。60~100\"C时，C02分压对N80钢的腐 蚀速率影响较大，随C〇2分压增加，腐蚀速率迅速增 大，并在压力为5MPa、温度为80C时，N80钢的腐 蚀速率均出现最大值，达到8.6mm/a。C〇2分压超过 5MPa，温度高于80C，随C〇2分压的增加，腐蚀速 率反而下降。
全面腐蚀控制
第31卷第04期2017年04月
73
腐蚀研究
Corrosion Research
C〇2的腐蚀过程是随着氢的去极化过程而进行 的，而且这一过程是由溶液随着本身所含氢离子和
7
6543
碳酸中分解的氢离子来完成的。C〇2在水中的溶解度 主要取决于C〇2分压和温度。温度一定时，C〇2分压 升高，溶解的C〇2增加，碳酸浓度升高，从碳酸中分 解的氢离子必然增加，因而腐蚀加速[4]。
温度对N80钢的C〇2腐蚀速度影响主要体现在对 C〇2溶解度和材料表面腐蚀产物膜的影响。
当温度低于40\"C, C〇2的溶解度较小，因而腐蚀 速率较小。当温度高于40\"C,随温度和C〇2分压的升 高，腐蚀速率开始增加。
N80钢的C〇2腐蚀产物主要为FeCO3、Fe(HCO3)2 和Fe3〇4,腐蚀较轻时，腐蚀产物较少，不能附着于 金属表面。温度低于80C,腐蚀产物较多，在金属 表面可形成腐蚀产物膜，但膜较疏松、不致密，对 金属没有保护作用；当温度高于80C,随着腐蚀产 物的增多，腐蚀产物膜变得比较致密，对金属具有 一定的保护作用，使金属的腐蚀速率变得平稳，并 且略有下降。
图4 N80钢随C〇2分压变化的腐蚀速率曲线2.3不同温度下N80钢的腐蚀速率
不同CO2分压下，温度对N80钢腐蚀速率的影响 如图5所示。
技术
4结论(1)
温度高于60C时，随CO2分压增加，N80
温度rc)
钢的腐蚀速率迅速增大。并在压力为5MPa、温度为 80C时，N80钢的腐蚀速率均出现最大值；
(2)
随着试验温度的升高，CO2对N80钢的
图5 N80钢随温度变化的腐蚀速率曲线由图5可知，实验温度低于40C,温度对N80钢 的CO2腐蚀速度影响不大，腐蚀较轻。当实验温度大 于40C,随着实验温度的升高，N80钢的腐蚀速率逐 渐增大。当温度大于60C、CO2分压大于3MPa时， N80钢的腐蚀速率迅速增大，并在5MPa、80C达到 最大值。温度超过80C,腐蚀速度略有下降。3
讨论
C〇2对金属的腐蚀是由于C〇2溶解于水会生产碳 酸，从而对金属产生腐蚀。
在C〇2水溶液中主要有H2CO3、H+和HCO3-,并 与金属发生如下的反应：
阳极：Fe—Fe2++2e Fe2++2HCO3——Fe(HCO3)2 阴极：2H++2e—2H
2H—H2 T
腐蚀速率迅速增大，在80C出现峰值，腐蚀最为严 重。随着实验温度的进一步升高，N80钢的腐蚀速率 略有降低；
(3)
温度大于80C, N80钢表面附着有连续的
腐蚀产物膜，该膜对金属具有一定的保护作用。
参考文献
[1] 涂小华，王修杰.石油工业中管道的腐蚀与防腐J].江西化工,
2006, (04): 266-267.[2] 李萍.油管钢在CO2/H2S介质中的腐蚀行为J].材料保护,2005,
(11): 51-52.[3] 李珣.井下油套管二氧化碳腐蚀研究[D].四川大学,2005.[4] 孙俪，徐庆磊，方炯等.（^。:腐蚀与防护研究[J].焊管
2009,32(3):23-26.
74
TOTAL CORROSION CONTROLVOL.31 No.04 APR. 2017
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容