鎢合金鍍層腐蝕性能研究

周泉

摘 要：利用高溫高壓電化學測試反應釜、電化學工作站（含高溫高壓測試系統）對鎢合金鍍層和P110裸鋼進行電化學測試，得出鎢合金鍍層在60?C、90?C、120?C三個溫度下CO2分壓1.0MP油田模擬腐蝕介質環境下的自腐蝕電位高于P110裸鋼，鎢合金鍍層自腐蝕電流密度明顯小于P110裸鋼。研究表明，鎢合金鍍層的抗腐蝕性能明顯優于P110裸鋼。

關鍵詞：鎢合金鍍層；P110鋼；CO2；高溫高壓；耐腐蝕性

0.前言

隨著油田開發進入高含水期，油井含水率不斷上升，普遍超過換相點含水74%，采油難度逐漸加大，腐蝕、結垢問題成為油水井管柱的失效的主要問題[1]。N80材質油管內壁通過鎢合金鍍層防腐處理后經過勝利油田、中原油田、南陽油田、江蘇油田等國內各大油田實際應用已經證實鎢合金鍍層在防腐蝕、防結垢的優異特性[2]。本次試驗研究針對P110材質經過鎢合金鍍層處理后在60℃、90℃、120℃三個溫度下CO2分壓1.0MP油田模擬腐蝕介質環境下的耐蝕性能明顯優于P110裸鋼。

1.實驗材料及測試方法

1.1實驗材料

高溫高壓電化學測試和高溫高壓腐蝕模擬實驗采用P110裸鋼和鎢合金鍍層兩種材料。其中，電化學試樣尺寸為工作面積為10mm×10mm，厚度為5mm的臺階形試樣，試樣加工圖紙見圖1。

圖1高溫高壓電化學測試用試樣尺寸圖

高溫高壓模擬實驗試樣尺寸為直徑87mm，弧長30mm，面寬12mm，厚度4mm的弧形試樣，每組試驗選用二個平行試樣。

1.2測試方法

電化學測試和腐蝕模擬實驗采用介質按照油田采出水各種成分，利用去離子水和分析純化學試劑配制而成。

電化學測試采用1.5L高溫高壓電化學反應釜和CHI660D電化學綜合測試系統，電化學測試采用三電極體系，其中工作電極為P110裸鋼和鎢合金鍍層，工作面積為1cm2，輔助電極為鉑片電極，參比電極為日本東伸公司高溫高壓Ag/AgCl電極。高溫高壓腐蝕模擬實驗采用3L高溫高壓磁力驅動CO2反應釜進行。

將P110和鎢合金鍍層兩種材料加工成如圖1所示的電化學試樣，將其浸入盛有丙酮的燒杯中，放入超聲波清洗儀中清洗20min，除掉試樣表面的油污，用酒精清洗后冷風吹干。將銅導線焊接在試樣上，分別使用環氧和硅膠進行電化學試樣的封裝。工作電極P110裸鋼逐級打磨至800#砂紙，鎢合金鍍層無需打磨，去離子水清洗，酒精脫水，冷風吹干。

測試前向溶液中通入高純CO2（含量>99.99%）氣體10h以上，以除去溶液中溶解的氧。將電化學試樣裝入高溫高壓電化學反應釜中，再快速除氧1h后升溫。達到實驗設計要求時，立即監測自腐蝕電位（Ecorr）15min，待自腐蝕電位的波動范圍穩定在±1mV之內時，立即進行動電位極化曲線測量。動電位極化曲線測試電位范圍：±250mVvs.Ecorr，掃描速率為0.5mV/s。測試過程中持續向溶液中通CO2，使其為CO2飽和溶液。

待測試結束后將相對于Ag/AgCl參比電極的電位轉變為相對于飽和甘汞電極（SCE）電位，利用Origin軟件進行數據分析并作圖。

將P110裸鋼和鎢合金鍍層材料加工成為腐蝕模擬實驗用φ87mm的弧形試樣，經過800#砂紙打磨后，將其浸入盛有丙酮的燒杯中，放入超聲波清洗儀中清洗20min，除掉試樣表面的油污，酒精清洗冷風吹干；然后用精度0.1mg的電子分析天平稱量試樣的重量，用精度0.02mm的游標卡尺測量試樣的尺寸，并計算試樣腐蝕面的面積，記錄測量的數據。然后將試樣封裝到試樣夾具上。

腐蝕試驗采用磁力驅動高溫高壓CO2反應釜。實驗溶液在試驗前用CO2除氧10h后，倒入反應釜后再除氧2h后升溫，到設定的溫度后，再增大CO2壓力到1Mpa后開始計時，實驗的周期為10天。

每組試驗采用二個平行試樣，試驗結束后取出試樣，經清水酒精沖洗吹干拍照；然后將試樣放入除銹液中，去除腐蝕產物膜后清洗干燥，使用精度為0.1mg的電子分析天平稱重。以同樣的處理方法進行空白試樣清洗和稱重。腐蝕速率按照以下公式進行計算：

R：腐蝕速率，mm/a；

M：實驗前的試樣質量，mg；

Mt：實驗后的試樣質量，mg；

Mk：空白試樣的失重，mg；

S：試樣的總面積，cm2；

T：實驗時間，h；

D：材料的密度，g/cm3。

2.實驗結果及分析

2.1高溫高壓電化學測試結果（圖略）

2.2高溫高壓腐蝕模擬實驗結果（圖略）

3.實驗結論與建議

（1）在CO2分壓為1MPa，60℃、90℃和120℃三個溫度高溫高壓油田模擬腐蝕介質條件下通過電化學測試得出，鎢合金鍍層的自腐蝕電位高于P110鋼，鎢合金鍍層的自腐蝕電流密度明顯小于P110裸鋼，鎢合金鍍層的腐蝕性能明顯優于P110鋼。

（2）在CO2分壓為1MPa，60℃、90℃和120℃三個溫度下高溫高壓釜腐蝕實驗由失重法得到，鎢合金鍍層具有顯著優于P110鋼的耐平均腐蝕、點蝕性能。

（3）油田用P110油管可以通過鎢合金工藝處理，在油管內壁電鍍鎢合金鍍層從而更好的起到油田防腐性能。

參考文獻：

[1]萬里平，唐酞峰，孟英峰。長慶油田油井井筒腐蝕機理與防護措施[J].石油與天然氣化工，2006，35（4）：311-314