四種不同油管材質在15%HCl溶液中的腐蝕行為研究

侯軍剛 關文韜 程飛 韓利寶 李建 盧曉輝

摘 要：通過失重法、動電位極化掃描、交流阻抗測試方法研究了四種材質HP13Cr、13Cr、P110、N80在15%HCl溶液中的腐蝕行為。試驗結果表明，四種不同油管材質在15%HCl溶液中的失重與電化學（極化、阻抗）研究結果是一致的。其腐蝕速率大小依次為：P110﹤HP13Cr﹤N80﹤13Cr。

關鍵詞：油管鋼；鹽酸；電化學

1 前言

酸化是用酸液處理油氣層，以恢復或增加油氣層滲透率，實現油氣井增產增注的一種技術，是目前國內外最常用的增產措施之一[1]。隨著酸化工藝的發展，國內外在油井和氣井酸化施工過程中使用的酸液種類也越來越多。合理使用酸液，對酸化處理增產效果起著重要作用。而通常使用頻率最高的酸化溶液有HCl，HF等。這些酸性溶液通過管道泵送注入到地層中，在地層中這些酸性物質與地層巖石接觸作用，增加了油氣的滲透率[2-5]。本文通過研究四種不同材質HP13Cr、13Cr、P110、N80四種材質在15%HCl溶液中的腐蝕行為，以期為酸化施工提供有力的幫助。

2 試驗方法

2.1 儀器和試劑

失重法的實驗裝置采用美國Cortest 的靜-動態高溫高壓釜，容積5升，最高溫度350℃， 最高壓力340atm，最高轉速800轉/秒（合計4.0m/s）。電化學測試由EG&G公司的M237A恒電位儀和M5210鎖相放大器完成；輔助電極選用大面積石墨電極， 銀/氯化銀電極為參比電極。

2.2 實驗步驟

失重法所用材質為取自HP13Cr、13Cr、P110、N80油管的掛片（50×10×3mm）試樣，實驗前，工作電極用SiC水砂紙逐級打磨至800號，用蒸餾水清洗，丙酮除油、乙醇脫水，放入干燥器中干燥，稱重，精確至±1mg。試樣材質化學成分見表1。

然后將配置好的酸溶液，加入到試驗容器中，在升溫至 90℃，保持4小時后。實驗結束后，取出試樣，用鹽酸清洗液、丙酮、乙醇溶液依次清洗，稱重，并計算腐蝕速率。

電化學工作電極材質為取自HP13Cr、13Cr、P110、N80油管鋼的圓片狀試樣，實驗面積為0.785 cm2。實驗前，工作電極用SiC水砂紙逐級打磨至800號，用蒸餾水清洗，丙酮除油、乙醇脫水，烘干待用。膜的Mott2Schottky曲線測試所采用的頻率范圍為5 mHz～20 kHz，阻抗測量信號幅值為10 mV正弦波，電位掃描區間為-0.5～0.5 V（相對自腐蝕電位），掃描速率為40 mV / s。實驗在 90±2 ℃下進行。

實驗所用介質是由分析純試劑和蒸餾水配制組成的15%（w%）HCl溶液。

3 試驗結果與討論

3.1 失重分析

在90 ℃、常壓下，用失重法在15%的鹽酸中測試了四種油管材質13Cr、HP13Cr、N80、P110的腐蝕速率，結果見表2。由表2可看出，四種油管材質的腐蝕速率大小依次為P110

3.2 電化學分析

3.2.1 極化曲線

①不同材料中緩蝕劑PCP失重及極化結果

在試驗溫度為90 ℃、鹽酸濃度為15%條件下，四種材質13Cr、HP13Cr、N80、P110的極化曲線對比見圖1、極化分析結果見表3，四種材料在酸液的腐蝕速率大小順序依次為P110﹤HP13Cr﹤N80﹤13Cr。

由圖1及表2、表3自腐蝕電流密度的變化可以看出，由動電位極化曲線測得的四種材料的腐蝕速率與由失重法測得的結果一致。

②不同材質的阻抗結果與討論

在試驗溫度為90 ℃、鹽酸濃度為15%條件下，四種不同材質的阻抗對比見圖2、分析結果見表4。

由阻抗分析結果可知，極化電阻按由小到大的順序排列均為：13Cr﹤N80﹤HP13Cr﹤P110。這說明在15%HCl溶液中，P110耐腐蝕性最強，而13Cr最差；阻抗分析結果與失重和極化結果一致。

4 結論

四種油管鋼材質HP13Cr、13Cr、P110、N80在鹽酸溶液中均發生嚴重腐蝕。通過失重和電化學（極化、阻抗）測試，結果一致。在試驗溫度為90 ℃、鹽酸濃度為15%條件下，四種油管鋼材質的腐蝕速率大小依次為P110﹤HP13Cr﹤N80﹤13Cr。

參考文獻：

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[5]王連成，李明朗，程萬慶等.酸化壓裂方法在碳酸鹽巖熱儲層中的應用[J].水文地質工程地質，2010，9，37（5）：128-132.