在油氣鉆井過程中,隨著鹽水鉆井液的廣泛應(yīng)用和地層水礦化度的增加,油氣田井下工況中的Cl~-濃度不斷增加,從而導致鉆具材料出現(xiàn)了越來越多的氯離子腐蝕問題。因此,有必要研究鉆具材料在高溫高壓高濃度Cl~-特定工況條件下的腐蝕行為和防護措施,為存在類似工況條件下的材料腐蝕速度預(yù)測和防護鍍層的研究奠定一定基礎(chǔ)。本論文通過高壓釜模擬油氣田高溫高壓工況條件,采用掛片失重法和電化學方法研究了42CrMo在高溫高壓高濃度Cl~-溶液中的腐蝕速度、電化學特性,并結(jié)合SEM、XRD等表面分析技術(shù)研究了42CrMo及其雙鉻鍍層表面腐蝕產(chǎn)物膜的顯微形貌、成分及相結(jié)構(gòu)等特征,最后討論了高溫高壓下高濃度Cl~-對42CrMo及其雙鉻鍍層的腐蝕影響,并評價了雙鉻鍍層在高溫高壓環(huán)境下的防護性能。具體研究結(jié)果如下:(1)42CrMo在不同溫度和不同Cl~-濃度溶液中浸泡72h后分析表明:當Cl~-濃度為100g/L、溫度為180℃時,試樣的平均腐蝕速度最大;SEM、XRD研究表明,42CrMo表面均發(fā)生了不同程度的局部點蝕,且表層沉積物主要為CaCO_3腐蝕垢,并夾雜著少量Fe_3O_4腐蝕產(chǎn)物。(2)42CrMo在120℃下不同Cl~-濃度溶液中的電化學分析表明:隨著Cl~-濃度的不斷增加,阻抗譜等效電路擬合所得的極化電阻呈現(xiàn)出先降低后增加的變化趨勢,且在Cl~-濃度為100g/L時值最小,而腐蝕電流密度呈現(xiàn)出先增加后降低的拋物線趨勢,并在Cl~-濃度為100g/L時值最大,說明侵蝕性Cl~-在溶液中具有雙重作用。(3)單硬鉻鍍層和雙鉻鍍層在溫度為180℃、Cl~-濃度為100g/L(本試驗中42CrMo鋼腐蝕最為嚴重的工況)條件下浸泡不同時間后分析表明:當浸泡時間增加到168h時,單硬鉻鍍層的防護性能大大削弱,其基體發(fā)生了嚴重的局部腐蝕,但雙鉻鍍層對42CrMo基體仍具有較好的保護作用。這主要由于在雙鉻鍍層中具有較低孔隙率和較高致密性的乳白鉻底層進一步阻擋了外界腐蝕溶液通過表層硬鉻鍍層中的微裂紋擴散至鍍層/基體界面結(jié)合處,從而更好的保護了42CrMo基體不受腐蝕。(4)雙鉻鍍層在常溫常壓下Cl~-濃度為100g/L溶液中的電化學分析表明,雙鉻鍍層相對于單硬鉻鍍層具有較正的開路電位、更低的自腐蝕電流密度和較高的極化電阻,表明雙鉻鍍層在高濃度Cl~-溶液中具有較高的耐蝕性。
【學位單位】：重慶科技學院
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TE982
【部分圖文】：

圖 1.1 油氣田井下鉆具表面的局部坑蝕現(xiàn)象Fig.1.1 The phenomenon of local pitting corrosion on the surface of underground drillingtools in oil and gas fields從文獻報道來看，當腐蝕介質(zhì)中含有侵蝕性 Cl-時，其能誘發(fā)、活化和促進金屬材料表面產(chǎn)生局部腐蝕，腐蝕形態(tài)主要為點蝕[18]。一般而言，點蝕過程可分為三個階段：孕育期、生長期和再鈍化區(qū)[19]。點蝕的孕育期越長，則表示引發(fā)點蝕的速度越小。到目前為止，國內(nèi)外學者針對點蝕的孕育期有不同的解釋，Leckie 和 Hoar 等[20, 21]認為在含有侵蝕性氯離子的腐蝕溶液中，Cl-能優(yōu)先有選擇地吸附在金屬材料表面的一層氧化物鈍化膜上，排擠掉鈍化膜中的氧原子，并與鈍化膜中的金屬陽離子結(jié)合形成可溶性氯化物，繼而在金屬材料的基體上形成坑蝕；然而該研究并沒有針對金屬點蝕的誘發(fā)期進行解釋。火時中等[22]研究表明當氯離子在腐蝕產(chǎn)物膜表面的某些局部區(qū)域聚集時可形成氯化物核，當氯化物核和腐蝕產(chǎn)物膜作用后可擊破膜的完整性，同時溶液中高濃度氯離子又可阻礙材料表面發(fā)生再鈍化，而使試樣表面一直處于活性狀態(tài)，從而誘發(fā)了坑蝕的不斷發(fā)展；但是這種臨界核模型受氯離子濃度、溫度和電位三者條件的約束，并不適合所有

重慶科技學院碩士專業(yè)學位論文 1 緒論化曲線（Tafel）等電化學參數(shù)，并討論 42CrMo 鋼在不同介質(zhì)、不同狀態(tài)下的電化學腐蝕熱力學差異、動力學差異和電化學腐蝕機理。（2）雙鉻鍍層在高溫高壓高濃度 Cl-環(huán)境下的防護性能研究分析雙鉻鍍層在 42CrMo 基體腐蝕程度最為嚴重的工況條件下浸泡不同時間（24h、72h、120h 和 168h）后的表面形貌和截面形貌的變化規(guī)律，找出不同浸泡時間對雙鉻鍍層腐蝕形貌的影響規(guī)律，以及闡述雙鉻鍍層的組織結(jié)構(gòu)與耐蝕性能的關(guān)系；同時，分析雙鉻鍍層在常溫常壓下高濃度 Cl-溶液中的電化學特性和電化學腐蝕機制。1.4 技術(shù)路線本論文采用試驗研究和理論探索相結(jié)合的研究方案，對其中所涉及的腐蝕問題展開全面深入的研究，具體技術(shù)路線如圖 1.2 所示。

三種腐蝕研究方法。重法發(fā)生腐蝕后，其些物理性能和機械性能（如厚度、質(zhì)量、機發(fā)生變化，而這些物理性能的變化率可以用來表示金屬的腐，通常采用傳統(tǒng)的掛片失重法來計算材料的平均腐蝕速度。用美國 CORTEST 設(shè)計的高溫高壓腐蝕測試釜系統(tǒng)。該系統(tǒng)的精密加工容器，主要包括高壓釜體、加熱器、增壓泵、高機控制系統(tǒng)等，如圖 2.1 所示。高溫高壓釜體是由整體式 而成，無焊縫，無內(nèi)襯，最大操作壓力可達 35MPa，最大容為 350℃。所有與釜體容器內(nèi)液體接觸的部件，包括控制閥圈、釜蓋以及爆破片等材質(zhì)均與釜體材質(zhì)相同。高壓釜控制釜內(nèi)溶液介質(zhì)溫度、釜內(nèi)壓力、攪拌軸轉(zhuǎn)速試驗持續(xù)時間、設(shè)置和控制。

【參考文獻】

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本文編號：2819351