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地面集輸管道在CO2/H2S/O2體系下的腐蝕行為研究

2021-05-08 10:27黃強(qiáng)
表面技術(shù) 2021年4期
關(guān)鍵詞:鋼材產(chǎn)物試樣

黃強(qiáng)

地面集輸管道在CO2/H2S/O2體系下的腐蝕行為研究

黃強(qiáng)

(中油(新疆)石油工程有限公司,新疆 克拉瑪依 834000)

重油熱采;集輸管道;CO2/H2S/O2共存體系;腐蝕行為;溫度

世界重油資源極其豐富,在能源需求不斷增長的未來,重油產(chǎn)量會顯得更加重要,重油熱采是目前世界上提高重油采收率規(guī)模最大的工程項(xiàng)目[1]。在新疆油田重油熱采工程中,采用多元熱流體注入方式,井口產(chǎn)出物中含有H2S、CO2等酸性氣體以及強(qiáng)氧化性氣體O2,并含有地層采出水,導(dǎo)致管道發(fā)生了嚴(yán)重的腐蝕,管道使用壽命也因此而縮短[2]。

目前在CO2/H2S/O2體系下的研究較少。宋曉琴等人[16]研究了316L高合金不銹鋼在CO2/H2S/O2體系中不同O2分壓條件下的腐蝕行為,發(fā)現(xiàn)隨O2分壓的升高,316L鋼的腐蝕速率和產(chǎn)物膜厚度呈現(xiàn)先減小、再增大的規(guī)律,主要因?yàn)镺2分壓會影響316L表面鈍化膜的狀態(tài)。宋曉琴等人[17]采用正交實(shí)驗(yàn)法,研究了35CrMo鋼在CO2/H2S/O2體系中有氧、無氧條件下的腐蝕行為。研究表明,無氧條件下的腐蝕產(chǎn)物呈顆粒狀,主要為Fe的硫化物,有氧條件下腐蝕產(chǎn)物為片狀,主要為Fe2O3等高價鐵的化合物,兩種條件下的腐蝕產(chǎn)物均含有Cr的氧化物沉積,抑制局部腐蝕。K. X. Liao等人[18]采用正交實(shí)驗(yàn)和灰色關(guān)聯(lián)法研究了各因素對N80鋼腐蝕速率的影響程度,排序?yàn)镺2含量>溫度>總壓>H2S含量>CO2含量,同時探究了有、無O2條件下的腐蝕行為。X. Zhong等人[19]研究了20G鋼在火驅(qū)尾氣體系CO2/H2S/O2中的腐蝕行為,研究發(fā)現(xiàn),CO2/H2S/O2共存體系中的腐蝕速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他兩種體系(CO2/H2S、CO2/O2)下的腐蝕速率之和,原因在于H2S和O2發(fā)生交互作用,生成單質(zhì)硫,加速了20G鋼的腐蝕進(jìn)程。

綜上所述,關(guān)于鋼材在CO2體系、CO2/H2S體系下的腐蝕行為,有大量的學(xué)者進(jìn)行了研究,得到了顯著的成果,但是在CO2/H2S/O2三種氣體體系下的腐蝕行為研究卻鮮有報導(dǎo),需要進(jìn)一步的研究與探討。文中以集輸管道L245NS鋼為試材,以316L鋼為對照,采用高溫高壓反應(yīng)釜實(shí)驗(yàn),研究了溫度和H2S含量變化對鋼材腐蝕的影響規(guī)律,結(jié)合SEM/EDS、XPS、3D顯微鏡等手段對典型工況下的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行測試分析,揭示了CO2/H2S/O2體系下L245NS鋼的腐蝕機(jī)理,為重油熱采工程含硫集輸管道的腐蝕與防護(hù)提供理論指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)鋼材選用集輸管道L245NS碳鋼為主要對象,以316L不銹鋼為實(shí)驗(yàn)對照。試樣尺寸為50 mm×10 mm× 3 mm,用400#、600#、800#、1000#砂紙逐級打磨,使鋼片表面粗糙度趨于均勻。經(jīng)過石油醚、乙醇浸泡清洗,干燥,稱量并記錄腐蝕前試樣質(zhì)量,將試樣懸掛于支架上準(zhǔn)備試驗(yàn)。L245NS鋼的元素組成見表1。

表1 L245NS鋼元素組成

Tab.1 Elemental composition of L245NS steel wt%

1.2 方法

為了探究CO2/H2S/O2體系下溫度、H2S含量對管道試樣腐蝕的影響規(guī)律,制定了如表2所示的試驗(yàn)方案,采用高溫高壓反應(yīng)釜(C276 5 L)進(jìn)行失重法試驗(yàn),腐蝕介質(zhì)采用模擬地層水(4 L),模擬地層水配制見表3,pH為7。試驗(yàn)前在反應(yīng)釜中加入溶液介質(zhì),通N2約2 h,除去空氣,將預(yù)先處理稱量后的鋼材試樣于支架上放入釜中,每種鋼材平行試樣為5個。3個用于失重法測試,1個用于表面腐蝕產(chǎn)物形貌和成分表征(SEM+EDS+XPS+XRD),1個用于腐蝕缺陷深度測試。根據(jù)試驗(yàn)方案,設(shè)置反應(yīng)釜試驗(yàn)溫度,按照分壓值依次通入CO2、H2S、O2,最后通N2至實(shí)驗(yàn)總壓。腐蝕5 d后,將試樣取出,用去膜液浸漬,超聲清洗,干燥,稱量,記錄腐蝕后試樣質(zhì)量。采用式(1)計(jì)算腐蝕速率。根據(jù)平均腐蝕速率可判斷鋼材的腐蝕程度,見表4。具體參考標(biāo)準(zhǔn)NACE RP-0775[20]。

式中:corr為試樣腐蝕速率,mm/a;1為試樣腐蝕后質(zhì)量,g;2為試樣腐蝕前質(zhì)量,g;為試樣腐蝕反應(yīng)時間,h;為試樣鋼材的密度,g/cm3;為試樣的表面積,cm2。

表2 高溫高壓反應(yīng)釜試驗(yàn)方案

Tab.2 High temperature and high pressure autoclave schem

表3 模擬地層水藥劑用量

表4 NACE RP-0775對均勻腐蝕速率程度的評判

Tab.4 NACE RP-0775 standard judges the degree of uniform corrosion rate

采用掃描電子電鏡(ZEISS EV0 MA15)對腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行表面微觀形貌(SEM)及元素能譜(EDS)測試。采用X射線光電子能譜(英國Kratos Axis Ultra DLD)對腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行化學(xué)組分分析。此外,將去膜后的腐蝕試樣,用3D顯微鏡(Bruker Contour GT)進(jìn)行腐蝕缺陷深度測試。

孔蝕系數(shù)能夠更加準(zhǔn)確地反映金屬材料發(fā)生局部腐蝕的程度。當(dāng)孔蝕系數(shù)接近1,說明腐蝕形態(tài)接近均勻腐蝕;當(dāng)孔蝕系數(shù)小于3時,說明以均勻腐蝕為主,無明顯局部腐蝕;當(dāng)孔蝕系數(shù)大于5時,說明發(fā)生了嚴(yán)重的局部腐蝕[21]。計(jì)算公式如式(2)、(3)所示[22]。

式中:L為局部腐蝕速率,mm/a;為最大腐蝕缺陷深度,μm;為腐蝕時間,d。

式中:R為孔蝕系數(shù);為最大腐蝕深度,mm;為平均腐蝕深度,mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 腐蝕速率

2.1.1 不同溫度條件下的腐蝕速率

CO2/H2S/O2體系中,L245NS鋼、316L鋼在不同溫度條件下的腐蝕速率結(jié)果如圖1所示。由圖1可知,L245NS鋼在30~90 ℃屬于極嚴(yán)重腐蝕,120 ℃時屬于嚴(yán)重腐蝕;316L鋼在90 ℃時屬于中度腐蝕,而在其他溫度則屬于輕度腐蝕。隨著溫度的升高,L245NS鋼與316L不銹鋼的腐蝕速率都呈先增加、后減小的趨勢。L245NS鋼在60 ℃時的腐蝕速率達(dá)到極大值,316L鋼在90 ℃時達(dá)到極大值。這與范亞萍[23]的研究結(jié)果類似,在CO2/H2S體系中,T95套管在90 ℃時出現(xiàn)了極值現(xiàn)象。同時L245NS鋼的腐蝕速率遠(yuǎn)大于316L鋼的腐蝕速率,表明L245NS鋼在CO2/H2S/O2體系下的抗蝕性遠(yuǎn)比316L鋼差,腐蝕程度嚴(yán)重。

圖1 不同溫度條件下的腐蝕速率(總壓為1.5 MPa,氣質(zhì)組分為25%CO2+1%H2S+3%O2)

2.1.2 不同H2S含量下的腐蝕速率

CO2/H2S/O2體系中,L245NS鋼、316L鋼在不同H2S含量條件下的腐蝕速率結(jié)果如圖2所示。由圖2可知,L245NS鋼在H2S分壓比為0、0.1%時屬于嚴(yán)重腐蝕,在0.5%、1%時屬于極嚴(yán)重腐蝕;316L鋼在H2S分壓比為0、0.1%時屬于輕度腐蝕,在0.5%、1%時屬于中度腐蝕。隨著H2S含量的增加,L245NS鋼的腐蝕速率呈先減少、后增加的趨勢。王云帆等人[24]在H2S/CO2共存體系下的研究出現(xiàn)了類似的結(jié)果,隨H2S含量的升高,P110SS鋼的腐蝕速率先減小、后增大,316L鋼的腐蝕速率則是隨著H2S含量的增加而增加。曾勇[25]在研究316L不銹鋼在CO2/H2S環(huán)境中的腐蝕行為時,也出現(xiàn)了類似的結(jié)果。此外,在該體系下,L245NS鋼的腐蝕速率遠(yuǎn)大于相同條件下的316L不銹鋼,同樣表明了L245NS鋼在CO2/H2S/O2體系下的抗蝕性遠(yuǎn)比316L不銹鋼差,腐蝕程度嚴(yán)重。

圖2 不同H2S含量條件下的腐蝕速率(總壓為1.5 MPa,溫度為90 ℃,氣質(zhì)組分為25%CO2+3%O2)

2.2 微觀腐蝕形貌表征

由腐蝕速率結(jié)果分析可知,在不同溫度、不同H2S含量條件下,L245NS鋼、316L鋼在工況4下的腐蝕較為嚴(yán)重。因此,為了探究鋼材在CO2/H2S/O2體系下的腐蝕行為,選取L245NS鋼、316L鋼在工況4下的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行表征。

2.2.1 L245NS鋼

L245NS鋼腐蝕產(chǎn)物的微觀形貌如圖3a—c所示,可觀察到試樣表面堆積有較厚的腐蝕產(chǎn)物。50倍微觀形貌圖顯示,腐蝕產(chǎn)物較為完整地覆蓋在鋼材表面;2000倍微觀形貌圖顯示,腐蝕產(chǎn)物具有多種形態(tài),并且有明顯的分層現(xiàn)象。腐蝕產(chǎn)物底層有大量針狀物質(zhì),在上層則是呈現(xiàn)菱狀的物質(zhì),并且在菱狀物質(zhì)上還堆積著疏松且不均勻分布的顆粒狀和絲絨狀物質(zhì),相互之間存在較大孔隙。

為了進(jìn)一步研究L245NS鋼的腐蝕產(chǎn)物元素組成,選取圖3c中的三個典型區(qū)域A、B、C進(jìn)行能譜測試,能譜測試結(jié)果見圖3d和表5。結(jié)果表明,針狀物質(zhì)腐蝕產(chǎn)物(A區(qū)域)元素為S和Fe,推測主要生成了硫鐵化合物,少量的C、O、Na、Cl、Ca等元素主要為溶液鹽析結(jié)晶;菱狀物質(zhì)(B區(qū)域)主要元素為C、O、Fe,其比例約為1︰3︰1,推測主要生成了FeCO3;顆粒狀及絲絨狀(C區(qū)域)物質(zhì)主要元素為C、O、S、Fe,其原子百分比無明顯規(guī)律。由此可以判斷L245NS鋼在CO2/H2S/O2共存體系下的腐蝕產(chǎn)物組成較復(fù)雜。

圖3 L245NS鋼腐蝕產(chǎn)物微觀形貌和能譜測試結(jié)果

表5 L245NS鋼腐蝕產(chǎn)物元素組成

Tab.5 Element composition of L245NS steel corrosion scales

2.2.2 316L鋼

316L鋼腐蝕產(chǎn)物的微觀形貌如圖4a、b所示,可以觀察到腐蝕產(chǎn)物較少,沒有出現(xiàn)雜亂而又松散的大堆產(chǎn)物沉積的現(xiàn)象,表面存在一些條狀的紋路。在高倍率下觀察發(fā)現(xiàn),腐蝕產(chǎn)物中存在部分呈細(xì)小顆粒狀的物質(zhì),附著在鋼材表面。選取316L鋼腐蝕產(chǎn)物的典型區(qū)域A、B進(jìn)行能譜測試,結(jié)果見圖4c、d和表6。分析可知,316L鋼材表面的腐蝕產(chǎn)物膜中含有較大比例的Fe和Cr元素,F(xiàn)e元素可能為Fe的硫化物、氧化物或鐵碳酸鹽的混合物,也可能為未參加反應(yīng)的鋼材基底Fe;Cr元素的含量為5.81%和16.49%,可能為未反應(yīng)的鋼材基底中的Cr;元素S、O、C可能為鋼材在CO2/H2S/O2體系中生成的硫化物、氧化物、碳酸鹽及碳酸氫鹽;同時還檢測到大量的Na、Ca、Cl元素,說明檢測區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)中有鹽分化合物在表面結(jié)晶析出。

2.3 腐蝕缺陷深度測試

為了進(jìn)一步研究L245NS鋼、316L鋼腐蝕試樣的腐蝕程度,采用3D顯微鏡(Bruker Contour GT),選取工況4的去膜腐蝕試樣進(jìn)行腐蝕缺陷深度測試。

L245NS鋼在CO2/H2S/O2共存體系下的腐蝕缺陷深度測試結(jié)果如圖5所示。由圖5可知,在嚴(yán)重工況下,L245NS鋼的腐蝕非常嚴(yán)重,試樣基底表面形成了大小不一、深淺不一、分布不均勻的腐蝕坑,腐蝕缺陷深度Δ最大達(dá)到64.3084 μm。L245NS鋼的局部腐蝕速率為4.6945 mm/a,孔蝕系數(shù)為15.81,屬于嚴(yán)重的局部腐蝕。

316L鋼在CO2/H2S/O2共存體系下的腐蝕缺陷深度測試結(jié)果如圖6所示。由圖6可知,在嚴(yán)重工況下,316L鋼基底表面腐蝕較輕,未觀察到腐蝕坑現(xiàn)象,腐蝕缺陷深度Δ較淺,最大為0.4063 μm。316L鋼的局部腐蝕速率為0.0296 mm/a,孔蝕系數(shù)為2.34,以均勻腐蝕為主,無明顯的局部腐蝕。

圖4 316L鋼腐蝕產(chǎn)物微觀形貌和能譜測試結(jié)果

表6 316L鋼腐蝕產(chǎn)物元素組成

Tab.6 Elemental composition of 316L steel corrosion scales

圖5 L245NS鋼腐蝕缺陷深度輪廓

圖6 316L鋼腐蝕缺陷深度輪廓

2.4 XPS產(chǎn)物分析

通過微觀表征及3D顯微鏡測試結(jié)果可知,在CO2/H2S/O2共存體系下,L245NS鋼的腐蝕程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于316L鋼,且腐蝕產(chǎn)物也更加復(fù)雜。因此本節(jié)對L245NS鋼在腐蝕情況最為嚴(yán)重的工況(溫度為90 ℃,壓力為1.5 MPa,O2含量為3%,CO2含量為25%,H2S含量為10 000 mg/L)下的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行XPS 分析。

在CO2/H2S/O2共存體系中,L245NS鋼腐蝕產(chǎn)物的X射線光電子能譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖7和表7。Fe的分峰顯示,H2S和CO2酸性氣體溶于水,反應(yīng)生成FeS(710.3 eV)和FeCO3(724.0 eV),O2作為強(qiáng)氧化劑,會氧化Fe2+氧化物生成Fe2O3(710.9 eV),三種腐蝕產(chǎn)物的比例依次為18.43%、27.25%和54.32%[26-27]。O峰顯示,產(chǎn)物主要是Fe的高價氧化物,分別含51.06%的Fe(OH)3(531.4 eV)、19.53%的FeOOH(532.2 eV)、17.60%的Fe3O4(530.7 eV)、11.81%的Fe2O3(529.7 eV)[28-31]。S峰顯示,產(chǎn)物包括 36.47%的FeS2(161.8 eV)、11.63%的FeS(160.9 eV)、31.29%的單質(zhì)S(163.1 eV)、20.61%的Na2SO4(168.3 eV)[18,28-29]。綜合上述分析可知,在CO2/H2S/O2共存體系中,L245NS鋼的腐蝕產(chǎn)物包括FeCO3、FeS2、FeS、Fe(OH)3、FeOOH、Fe3O4、Fe2O3、單質(zhì)S、Na2SO4等物質(zhì)。

圖7 L245NS鋼在CO2/H2S/O2共存體系中腐蝕產(chǎn)物的XPS實(shí)驗(yàn)分峰結(jié)果

表7 L245NS鋼在CO2/H2S/O2共存體系中腐蝕產(chǎn)物的XPS實(shí)驗(yàn)元素分峰結(jié)果

Tab.7 XPS experimental element peaking results of corrosion scales of L245NS steel in CO2/H2S/O2coexistence system

3 機(jī)理討論

通過高溫高壓釜試驗(yàn)分析,在CO2/H2S/O2共存體系下,L245NS鋼的腐蝕速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于316L鋼。通過SEM/EDS、3D顯微鏡分析表明,L245NS鋼腐蝕嚴(yán)重,腐蝕產(chǎn)物覆蓋試樣表面;316L鋼腐蝕程度較輕,腐蝕產(chǎn)物較少。因此,為了更好地研究CO2/H2S/O2共存體系下鋼材的腐蝕機(jī)理,選取L245NS鋼為研究對象,進(jìn)行腐蝕機(jī)理分析。通過XPS腐蝕產(chǎn)物分析,產(chǎn)物成分主要為單質(zhì)S、FeS、FeS2、FeCO3、Fe(OH)3、FeOOH、Fe3O4、Fe2O3、Na2SO4等物質(zhì)。

腐蝕機(jī)理如圖8所示。于地層模擬水的酸性環(huán)境中,L245NS鋼容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕反應(yīng),即金屬Fe溶解生成Fe2+的陽極反應(yīng),如式(4)所示。

隨著腐蝕的持續(xù)發(fā)生,溶液中Fe2+濃度升高,達(dá)到FeCO3的溶度積后,在表面析出FeCO3菱狀晶粒,結(jié)構(gòu)致密,且較為完整,覆蓋在針狀物質(zhì)上。如式(13)所示[35]。

O2除了與H2S發(fā)生交互作用外,還會作為去極化劑參與陰極反應(yīng),生成Fe(OH)2,如式(14)—(15)所示。同時其較強(qiáng)的氧化性能將低價Fe化合物氧化成高價Fe的氧化物,將產(chǎn)物表面的Fe2+和Fe(OH)2物質(zhì)氧化為Fe(OH)3[36],如式(16)—(17)所示。Fe(OH)3經(jīng)脫水反應(yīng)后,生成Fe2O3和FeO(OH),如式(18)—(19)所示。生成的FeO(OH)會進(jìn)一步脫水生成Fe2O3[16],如式(20)所示,導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物表面呈現(xiàn)一層疏松多孔的顆粒狀腐蝕產(chǎn)物。此外,XPS圖顯示,產(chǎn)物中含有一定量Fe3O4,是由于Fe(OH)3與Fe(OH)2發(fā)生了相互作用[37],如式(21)所示。

在局部腐蝕中,由于O2的氧化性較強(qiáng),會氧化FeS,生成單質(zhì)S及疏松多孔的Fe3O4,如式(10)所示,使得生成的致密FeS膜出現(xiàn)局部覆蓋不完整[19]。FeCO3也會被O2部分氧化,生成保護(hù)性差的Fe2O3,如式(22)所示[36]。在FeCO3膜的表面堆積有覆蓋不完整的顆粒狀和絲絨狀物質(zhì)。因此,鋼材表面存在少數(shù)覆蓋產(chǎn)物分布不均勻的狀況,為腐蝕性介質(zhì)接觸到金屬基體表面提供了通道,促進(jìn)了腐蝕的發(fā)生。同時Cl–半徑小,具有極強(qiáng)的穿透性,容易穿過產(chǎn)物膜到達(dá)金屬基體表面參與反應(yīng)[38],從而導(dǎo)致腐蝕缺陷坑深度增加,局部腐蝕加劇,導(dǎo)致最大局部腐蝕深度高達(dá)64.3084 μm。

4 結(jié)論

1)在CO2/H2S/O2共存體系中,L245NS鋼的腐蝕速率隨著溫度的升高,呈先增大、后減小的趨勢;隨著H2S含量升高,呈先減小、后增大的趨勢。316L鋼的腐蝕速率隨著溫度的升高,呈先增大、后減小的趨勢;隨著H2S含量升高,則是呈一直增大的趨勢。

2)微觀腐蝕形貌顯示,L245NS鋼的腐蝕產(chǎn)物遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于316L鋼的腐蝕產(chǎn)物,產(chǎn)物更加復(fù)雜,呈多種形態(tài),且出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象。3D顯微鏡結(jié)果表明,L245NS鋼表面腐蝕缺陷深度較深,316L鋼表面腐蝕輕微,均與質(zhì)量損失實(shí)驗(yàn)的腐蝕速率結(jié)果對應(yīng)。

[1] 韓冰冰. 多元熱流體井筒傳熱和強(qiáng)化采油研究[D]. 合肥: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2018.HAN Bing-bing. Study on heat transfer and enhance heavy oil recovery of wellbore with multiple thermal fluids inje-c-tion[D]. Hefei: University of Science and Technology of China, 2018.

[2] 劉振通, 宋志強(qiáng), 王軍, 等. 硅酸鈉前置液在委內(nèi)瑞拉重油帶固井中的應(yīng)用[J]. 鉆井液與完井液, 2015, 32(6): 96-99. LIU Zhen-tong, SONG Zhi-qiang, WANG Jun, et al. App-lication of sodium silicate prepad fluid in cementing heavy oil zones in venezuela[J]. Drilling fluid & completion fluid, 2015, 32(6): 96-99.

[3] DE WAARD C, LOTZ U, MILLIAMS D E. Predictive model for CO2corrosion engineering in wet natural gas pipelines[J]. Corrosion, 1991, 47(12): 976-985.

[4] GAO M, PANG X, GAO K. The growth mechanism of CO2corrosion product films[J]. Corrosion science, 2011, 53(2): 557-568.

[5] 明男希, 王岐山, 何川, 等. 溫度對X70鋼在含CO2地層水中腐蝕行為影響[J]. 中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報, 2021, 41(2): 233-240. MING Man-xi, WANG Qi-shan, HE chuan, et al. The influence of temperature on the corrosion behavior of X70 steel in CO2bearing strata[J]. Journal of Chinese Society for Corrosion and Protection, 2021, 41(2): 233-240

[6] 王月, 王丹, 謝飛, 等. CO2對油田地下水環(huán)境中Q235鋼和X70鋼腐蝕行為的影響[J]. 金屬熱處理, 2020, 45(6): 226-231. WANG Yue, WANG Dan, XIE Fei, et al. Effect of CO2on corrosion behavior of Q235 steel and X70 steel in oilfield groundwater environment[J]. Heat treatment of metals, 2020, 45(6): 226-231.

[7] 程遠(yuǎn)鵬, 李自力, 白羽, 等. X65鋼在模擬集輸管道環(huán)境中的腐蝕行為[J]. 腐蝕與防護(hù), 2017, 38(7): 510-516. CHENG Yuan-peng, LI Zi-li, BAI Yu, et al. Corrosion be-havior of X65 steel in simulated gathering pipeline envir-onment[J]. Corrosion & protection, 2017, 38(7): 510-516.

[8] 喬琦, 管英柱, 劉文博. 45#鋼在CO2驅(qū)油條件下的腐蝕規(guī)律研究[J]. 當(dāng)代化工, 2019, 48(10): 2335-2338. QIAO Qi, GUAN Ying-zhu, LIU Wen-bo. Study on corro-sion law of 45# steel under CO2flooding[J]. Contemporary chemical industry, 2019, 48(10): 2335-2338.

[9] YIN Z F, ZHAO W Z, BAI Z Q, et al. Corrosion behavior of SM80SS tube steel in stimulant solution containing H2S and CO2[J]. Electrochimica acta, 2008, 53(10): 3690- 3700.

[10] LI W, ZHOU Y, XUE Y. Corrosion behavior about tubing steel in environment with high H2S and CO2content[J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2013, 28(5): 1038-1043.

[11] 王成達(dá), 嚴(yán)密林, 趙新偉, 等. 油氣田開發(fā)中H2S/CO2腐蝕研究進(jìn)展[J]. 西安石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2005, 20(5): 66-70. WANG Cheng-da, YAN Mi-lin, ZHAO Xin-wei, et al. Research progress of H2S/CO2corrosion in oil and gas development[J]. Journal of Xi’an Shiyou University (na-tural science edition), 2005, 20(5): 66-70.

[12] 劉飛, 黃金營, 夏成宇, 等. P110鋼在不同溫度含飽和H2S/CO2腐蝕溶液中的腐蝕行為[J]. 腐蝕與防護(hù), 2016, 37(06): 481-483. LIU Fei, HUANG Jin-ying, XIA Cheng-yu, et al. Corro-sion behavior of P110 steel in corrosion solution with saturated H2S and CO2at different temperatures[J]. Corr-osion & protection, 2016, 37(6): 481-483.

[13] ZHANG Lei. Effect of pressure on wet H2S/CO2corrosionof pipeline steel[J]. Journal of materials engineering, 2009, 32(1): 87-91.

[14] 曾德智, 鄧文良, 田剛, 等. 溫度對T95鋼在H2S/CO2環(huán)境中腐蝕行為的影響[J]. 機(jī)械工程材料, 2016, 40(6): 28-32. ZEN De-zhi, DENG Wen-liang, TIAN Gang, et al. Effect of temperature on corrosion behavior of T95 steel in H2S/ CO2environment[J]. Materials for mechanical engineer-ing, 2016, 40(6): 28-32.

[15] 隋義勇, 孫建波, 孫沖, 等. 溫度和CO2/H2S分壓比對BG90SS鋼管腐蝕行為的影響[J]. 材料熱處理學(xué)報, 2014, 35(S2): 102-106. SUI Yi-yong, SUN Jian-bo, SUN Chong, et al. Effect of temperature and CO2/H2S partial pressure ratio on corro-sion behaviors of BG90SS tubing steel[J]. Transactions of materials and heat treatment, 2014, 35(S2): 102-106.

[16] 宋曉琴, 王喜悅, 王彥然. O2-H2S-CO2條件下O2分壓對316L鋼腐蝕行為的影響規(guī)律[J]. 材料保護(hù), 2019, 52(8): 61-68. SONG Xiao-qin, WANG Xi-yue, WANG Yan-ran. Influ-ence law of O2partial pressure on the corrosion behaviors of 316L stainless steel under O2-H2S-CO2condition[J]. Materials protection, 2019, 52(8): 61-68.

[17] 宋曉琴, 王彥然, 梁建軍, 等. 35CrMo鋼在O2?H2S和CO2共存體系中的腐蝕行為研究[J]. 天然氣與石油, 2018, 36(6): 92-98. SONG Xiao-qin, WANG Yan-ran, LIANG Jian-jun, et al. Corrosion behavior of 35CrMo steel under O2, H2S and CO2mixed system[J]. Natural gas and oil, 2018, 36(6): 92-98.

[18] LIAO K X, ZHOU F L, SONG X Q, et al. Synergistic effect of O2and H2S on the corrosion behavior of N80 steel in a simulated high-pressure flue gas injection sys-tem[J]. Journal of materials engineering and performance, 2020, 29(1): 155-166.

[19] ZHONG X, WANG Y, LIANG J, et al. The coupling eff-ect of O2and H2S on the corrosion of G20 steel in a sim-ulating environment of flue gas injection in the Xinjiang oil field[J]. Materials, 2018, 11(9): 1635.

[20] 周衛(wèi)軍, 郭瑞, 張勇. CO2分壓對SM80SS套管鋼在CO2/H2S共存環(huán)境中的高溫高壓腐蝕行為影響[J]. 全面腐蝕控制, 2009, 23(8): 20-23. ZHOU Wei-jun, GUO Rui, ZHANG Yong. CO2Partial pressure influnce on corrosion behavior of SM80SS super anti-sulfide tubing steel in carbon dioxide and hydrogen sulfide concomitant environment[J]. Total corrosion con-trol, 2009, 23(8): 20-33.

[21] ROSLINA R, YOON-SEOK C, SRDJAN N, et al. Corro-sion of UNS G10180 steel in supercritical and subcritical CO2with O2as a contaminant[C]// Corrosion 2016. Van-couver: [s. n.], 2016.

[22] 李久青, 杜翠薇. 腐蝕試驗(yàn)方法及監(jiān)測技術(shù)[M]. 北京: 中國石化出版社, 2007: 93. LI Jiu-qing, DU Cui-wei. Corrosion test method and moni-toring technology[M]. Beijing: China Petrochemical Press, 2007: 93.

[23] 范亞萍, 周怡諾. 不同溫度下H2S/CO2腐蝕產(chǎn)物膜對T95套管腐蝕行為的影響[J]. 表面技術(shù), 2016, 45(10): 180-186. FAN Ya-ping, ZHOU Yi-nuo. Effects of H2S/CO2corro-sion scale on corrosion behavior of T95 casing steel at dif-ferent temperature[J]. Surface technology, 2016, 45(10): 180-186.

[24] 王云帆. P110SS鋼在高含H2S與CO2條件下的腐蝕規(guī)律[J]. 斷塊油氣田, 2017, 24(6): 863-866. WANG Yun-fan. Corrosion rule of P110SS under high H2S and CO2conditions[J]. Fault-block oil & gas field, 2017, 24(6): 836-866.

[25] 曾勇. L245NCS碳鋼和316L不銹鋼在CO2/H2S環(huán)境中腐蝕行為的研究[D]. 武漢: 華中科技大學(xué), 2012.ZENG Yong. The study on corrosion behavior of L245NCS carbon steel and 316L stainless steel in CO2/H2S environ-ment[D]. Wuhan: Huazhong University of Science and Technology, 2012.

[26] LIU W, LU S L, ZHANG Y, et al. Corrosion performance of 3%Cr steel in CO2-H2S environment compared with carbon steel[J]. Materials and corrosion-werkstoffe und korrosion,2015, 66(11): 1232-1244.

[27] CHEN G. Influence of sulfate-reducing bacteria on the passivity of type 304 austenitic stainless steel[J]. Journal of the electrochemical society, 1998, 145(6): 1914-1922.

[28] TANG Y J, GUO X P, ZHANG G A. Corrosion behaviour of X65 carbon steel in supercritical-CO2containing H2O and O2in carbon capture and storage[J].Corrosion sci-ence, 2017, 118: 118-128.

[29] BRION D J. Etude par spectroscopie de photoelectrons de la degradation superficielle de FeS2, CuFeS2, ZnS et PbS a l’air et dans l’eau[J]. Applied surface science, 1980, 5(2): 133-152.

[30] BIESINGER M C, PAYNE B P, GROSVENOR A P, et al. Resolving surface chemical states in XPS analysis of first row transitionmetals, oxides and hydroxides: Cr, Mn, Fe, Co and Ni[J]. Applied surface science, 2011, 257(7): 2717-2730.

[31] ABDEL-SAMAD H, WATSON P R. An XPS study of the adsorption of chromate ongoethite (α-FeOOH)[J]. Applied surface science, 1997, 108(3): 371-377.

[32] FIERRO G, INGO G M, MANCIA F. XPS investigation on the corrosion behavior of 13Cr-Martensitic stainless steel in CO2-H2S-Cl–environments[J]. Corrosion, 1989, 45(10): 814-823.

[33] 張清, 李全安, 文九巴, 等. CO2/H2S對油氣管材的腐蝕規(guī)律及研究進(jìn)展[J]. 腐蝕與防護(hù), 2003(7): 277-281.ZHANG Qing, LI An-quan, WEN Jiu-ba, et al. Progress in research on CO2/H2S corrosion of tubulargoods[J]. Cor-rosion & protection, 2003(7): 277-281.

[34] 石振東, 趙杉林, 李萍, 等. 硫高溫腐蝕及腐蝕產(chǎn)物氧化自燃性的研究[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報, 2008(6): 100- 103. SHI Zhen-dong, ZHAO Shan-lin, LI Ping, et al. Study on high temperature corrosion of element sulfur and pyro-phoric property for high temperature corrosion products of sulfur[J]. Journal of safety and environment, 2008(6): 100-103.

[35] 張家林, 李春福, 張雷, 等. 介質(zhì)溫度對35CrMo鋼在CO2環(huán)境下腐蝕的影響及其機(jī)理[J]. 金屬熱處理, 2015, 40(2): 195-200. ZHANG Jia-lin, LI Chun-fu, ZHANG Lei, et al. Influence of medium temperature on mechanism of 35CrMo steel corrosion in CO2environment[J]. Heat treatment of me-tals, 2015, 40(2): 195-200.

[36] 石鑫, 李大朋, 張志宏, 等. 高含O2工況下溫度對P110鋼腐蝕規(guī)律的影響[J]. 材料保護(hù), 2018, 51(1): 113-116. SHI Xin, LI Da-peng, ZHANG Zhi-hong, et al. Effect of temperature on corrosion behavior of P110 steel in high oxygen content condition materials protection[J]. Mater-ials protection, 2018, 51(1): 113-116.

[37] 張雅妮, 羅金恒, 林睿. Fe在O2-CO2-H2O環(huán)境中的腐蝕研究進(jìn)展[J]. 材料保護(hù), 2019, 52(12): 139-145. ZHANG Ya-ni, LUO Jin-heng, LIN Rui. A review on cor-r-osion of Fe in O2-CO2-H2O system[J]. Materials protec-tion, 2019, 52(12): 139-145.

[38] 廖柯熹, 周飛龍, 何國璽, 等. 流動條件下20鋼在H2S/CO2共存體系中的腐蝕行為及預(yù)測模型研究[J]. 材料保護(hù), 2019, 52(7): 29-36.LIAO Ke-xi, ZHOU Fei-long, HE Guo-xi, et al. Corro-sion behavior and prediction model of 20 steel in H2S/CO2coexistence system under flow condition[J]. Materials protection, 2019, 52(7): 29-36.

Research on Corrosion Behavior of Ground Gathering Pipeline under CO2/H2S/O2System

(Xinjiang Petroleum Engineering Co. Ltd, Karamay 834000, China)

To study the corrosion behavior of commonly used steel in gathering pipelines under the CO2/H2S/O2system, and to provide guidance for the corrosion prevention and control of gathering pipelines in Xinjiang Oilfield. Based on the working conditions of heavy oil thermal recovery in Xinjiang Oilfield, using L245NS steel as the test material and 316L steel as the control, the high temperature autoclave test was used to study the influence of temperature and H2S content on the corrosion of L245NS steel and 316L stainless steel in the CO2/H2S/O2system, and combined with SEM/EDS+XPS+3D microscope and other means to test and analyze the corrosion products under typical working conditions. The result shows that in the CO2/H2S/O2coexistence system, the corrosion rate of L245NS steel increases first and then decreases with increasing temperature, and decreases first and then increases with increasing H2S content; the corrosion rate of 316L steel increases first and then decreases with the increase of temperature, and it increases with the increase of H2S content. The corrosion products of L245NS steel are in the form of needles, rhomboid and granules, while the corrosion products of 316L steel are few; In the CO2/H2S/O2coexistence system, the corrosion products of L245NS steel mainly include FeS, FeS2, elemental S, FeCO3, Fe(OH)3, FeOOH, Fe3O4, Fe2O3,

heavy oil thermal recovery; gathering pipeline; CO2/H2S/O2coexistence system; corrosion behavior; temperature

2020-05-12;

2020-08-30

HUANG Qiang (1971—), Male, Master, Senior engineer, Research focus: oil & gas storage and transportation. E-mail: tpe_huangq@ cnpc.com.cn

黃強(qiáng).地面集輸管道在CO2/H2S/O2體系下的腐蝕行為研究[J]. 表面技術(shù), 2021, 50(4): 351-360.

TG172.3

A

1001-3660(2021)04-0351-10

10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2021.04.037

dominated by H2S, and FeS is formed in the bottom layer of the product; at the same time, O2has three functions to promote the corrosion process: interaction with H2S generates Elemental S, as a depolarizer, participates in the cathodic reaction, and acts as a strong oxidation to oxidize FeS and FeCO3to generate elemental S, FeS2, Fe2O3, Fe3O4, FeO(OH) and other substances.

2020-05-12;

2020-08-30

黃強(qiáng)(1971—),男,碩士,高級工程師,主要研究方向?yàn)橛蜌鈨\(yùn)。郵箱:tpe_huangq@cnpc.com.cn

HUANG Qiang. Research on corrosion behavior of ground gathering pipeline under CO2/H2S/O2system[J]. Surface technology, 2021, 50(4): 351-360.

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