高溫高壓動態腐蝕速率及陰離子濃度影響研究

鄒洪嵐，姚 飛，溫曉紅，王青華，周佳佳

（中國石油勘探開發研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007）

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高溫高壓動態腐蝕速率及陰離子濃度影響研究

鄒洪嵐，姚 飛，溫曉紅，王青華，周佳佳

（中國石油勘探開發研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007）

摘 要：中東地區伊拉克新投產的H油田地表水資源有限，急需研究注海水工程配套技術，因此海水對注水管柱的腐蝕速率顯得至關重要。以H油田注水系統環節涉及的6種掛片（碳合金、35CrMo 、N80、L80、80ss、90s）為研究對象，以高溫高壓動態腐蝕儀為技術手段，研究了高溫高壓及離子濃度變化條件下的動態腐蝕速率情況，研究表明，碳合金、35CrMO和N80屬于尚耐蝕型材料，L80、80ss和90s屬于完全耐蝕型材料，從技術經濟較大考慮推薦L80和80ss管材。Cl-、SO42-和HCO3-濃度對腐蝕速率影響主次順序為：Cl-＞ HCO3-＞ SO42-。

關 鍵 詞：高溫高壓動態腐蝕；腐蝕速率；銹層；分析

隨著中國石油海外油氣業務的發展，注水開發油田的規模不斷加大，注水油藏的類型也在不斷增多。其中具有代表性的中東地區伊拉克新投產的H油田，另外，由于中東地區地表水資源有限，急需研究注海水工程配套技術，因此海水對注水管柱的腐蝕速率顯得至關重要［1，2］。以往腐蝕速率都是在常溫下，掛片于腐蝕液中靜止72 h測定的［3，4］，為了研究高溫高壓條件下［5，6］，動態掛片的腐蝕速率，筆者以H油田注水系統環節涉及的6種掛片（碳合金、35CrMo、N80、L80、80ss、90s）為研究對象，以高溫高壓動態腐蝕儀為技術手段，研究了高溫高壓條件下的動態腐蝕速率及陰離子濃度對腐蝕速率的影響情況，對于H油田注海水工程有重要指導意義。

1 實驗條件

在90 ℃，30 MPa條件下，取H油田模擬海水礦化度為50 000 mg/L，離子濃度如表1所示，圍繞H油田注水系統的環節，注水儲罐、喂水泵、注水泵、地面注水管線、注水井口（閥組）、井下管柱確定腐蝕實驗的試樣掛片種類，共6種材質：碳合金、35CrMo 、N80、L80、80ss、90s，實驗掛片尺寸統一為50 mm×10 mm×3 mm，即試樣總面積S=（5 010+50×3+10×3）×2 =1 360 mm2，實驗掛片置于高溫高壓腐蝕動態儀中，實驗時間：從2015年7月12日12：00開始，至2015年8月22日17：00結束，共計989 h。

2 方案設計

2.1 腐蝕速率

腐蝕速率又稱腐蝕率，通常表示的是單位時間的腐蝕程度平均值，金屬材料抵抗周圍介質腐蝕破壞作用的能力稱為耐腐蝕性。分別測定6種材質掛片（碳合金、35CrMo 、N80、L80、80ss、90s）的腐蝕速率，并分別確定其耐腐蝕性。

表1 模擬海水礦化度Table 1 Simulated seawater salinity

2.2 陰離子影響腐蝕速率的主次順序

表2 陰離子濃度參數設置Table 2 Anion concentration parameter setting

3 結果分析

3.1 腐蝕速率

腐蝕速率計算公式如下：

式中：R—腐蝕速率，mm/a；

S—試樣總面積，mm2；

M—腐蝕前重量，g；

Mt—腐蝕后重量，g；

T—試驗時間，h；

D—試樣密度，g/cm3。

普通碳鋼每年的腐蝕速度實際通過腐蝕探針所測數據經常能達到0.3～0.4 mm/a，不銹鋼腐蝕速率〈0.005 mm/a。國際上對材料的耐蝕性按年腐蝕速率分為三類：

第一類為完全耐蝕，其腐蝕速率〈0.1 mm/a，優質不銹鋼屬于此類材料；

第二類為尚耐蝕，其腐蝕速率為0.1～1.0 mm/a，屬于一般不銹鋼；

第三類為不耐蝕，其腐蝕速率大于1.0mm/a。

礦化度分別50 000 mg/L的模擬海水中，六種腐蝕掛片（L80、80ss、90s、N80、碳合金、35CrMo）的腐蝕速率及耐蝕性計算如表3所示。

表3 腐蝕速率計算結果Table 3 Corrosion rate calculation results

從表3可以看出，碳合金、35CrMO和N80屬于尚耐蝕型材料， L80、80ss和90S屬于完全耐蝕型材料，由于90s管材造價很高，從技術經濟角度考慮推薦L80和80ss管材，如表4所示。

表4 管材推薦結果Table 4 Pipe recommendation results

3.2 陰離子影響腐蝕速率的主次順序

陰離子影響L80掛片腐蝕速率的結果如表5所示。

表5 實驗結果Table 5 Experimental results

L80掛片腐蝕速率正交試驗方案直觀分析見表6。

表6 L80正交試驗方案直觀分析表Table 6 Direct analysis of L80 orthogonal test scheme

4 結 論

（1）碳合金、35CrMo和N80屬于尚耐蝕型材料，L80、80ss和90s屬于完全耐蝕型材料，從技術經濟角度考慮推薦L80或80ss。

（2）Cl-、SO42-和HCO3-濃度對腐蝕速率影響主次順序為：

參考文獻：

［1］趙國仙，呂祥鴻.溫度對油套管用鋼腐蝕速率的影響［J］.西安石油大學學報（自然科學版），2008，23（4）：74-78.

［2］劉會，趙國仙，韓勇，等.Cl-對油套管用P110鋼腐蝕速率的影響［J］.石油礦場機械，2008，37（11）：44-48.

［3］梁曉鋒，曾科.測定腐蝕速率新方法在油田中的應用研究［J］.沿海企業與科技，2007（2）：82-84.

［4］李富民，袁迎曙，耿歐，等.混凝土中鋼筋腐蝕速率的理論模型［J］.華南理工大學學報（自然科學版），2009，37（8）：83-87.

［5］呂祥鴻，趙國仙，路民旭.N80鋼動態和靜態CO2腐蝕行為對比研究［J］.腐蝕科學與防護技術，2003，15（1）：5-8.

［6］陳長風，路民旭，趙國仙.含1%Cr的N80鋼CO2腐蝕產物膜特征［J］.中國腐蝕與防護學報，2003，23（6）：330-334.

Research on Dynamic Corrosion Rate and Influence of Anion Concentration Under High Temperature and High Pressure

ZOU Hong-lan，YAO Fei，WEN Xiao-hong，WANG Qing-hua，ZHOU Jia-jia
（Langfang Branch of China Petroleum Exploration and Development Research Institute，Hebei Langfang 065007， China）

Abstract:The surface water resource of H oilfield in Middle East Iraq is limited. So it is urgent to study supporting technology of sea water injection engineering. Therefore the corrosion rate of the sea water to the water injecting string is crucial. The dynamic corrosion rates of 6 kinds of hanging pieces （carbon alloys，35CrMo，N80，L80，80ss，90s） in H oilfield water injection system were studied by the dynamic corrosion tester under high temperature and high pressure and changing ion concentration as technical manner. The research shows that the carbon alloys， 35CrMo and L80 are still corrosion resistant materials， and the 80ss， N80 and 90s are complete corrosion resistant materials. From the technical and economic considerations， L80 and 80ss pipe should be recommended. In effect of Cl-， SO42-and HCO3-concentration to the corrosion rate， the primary and secondary order is:HCO3-〉 SO42-〉 Cl-.

Key words:Dynamic corrosion under high temperature and high pressure； Corrosion rate； rust layer； Analysis

中圖分類號：TE39

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）02-0241-03

基金項目：中國石油集團公司“十二五”海外重大科技攻關項目“中東地區大型碳酸鹽巖油藏采油工程技術研究與應用”（2011E-2502）；“十三五”國家重大專項項目30課題5“復雜碳酸鹽巖采油采氣關鍵技術研究與應用”（2016ZX05030-005）。

收稿日期：2015-11-17

作者簡介：鄒洪嵐（1972-），女，湖北省人，博士，高級工程師，1997年畢業于西南石油學院油氣田開發工程專業，現就職于中石油勘探開發研究院廊坊分院，主要從事采油采氣增產措施方面研究工作。