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随着石油天然气井的开采深度越来越深,含硫酸性油气井所占比重不断加大。井底高温高压含硫酸性环境对服役材料有很强的侵蚀性,使得用于油气开采设备的金属材料需要同时满足良好的力学性能与抗腐蚀能力。镍基合金718作为一种典型的时效硬化型奥氏体合金,具备良好的高温力学性能、较强的抗腐蚀能力和很低的磁导率,在油气采掘工业中有重要的应用。通过长期的应用积累和实验测试,人们对718合金在酸性油气田环境中的腐蚀断裂现象有了一定的认识。然而由于井下腐蚀失效过程难以实时观察和跟踪,导致人们对腐蚀结果背后的腐蚀裂纹萌生和早期扩展规律及其控制因素知之甚少,直接影响了材料应用的安全评估。采用模拟油气腐蚀环境,辅以电化学方法对合金进行研究,使材料的腐蚀过程变得相对透明。本文采用高压釜,结合实时的电化学测试与腐蚀后的电极表面分析,对718合金在模拟酸性油气田环境中的腐蚀过程和机理进行了系统研究。在探测和表征局部腐蚀的过程中提出了电化学噪声信号的交互递归分析方法并成功应用到所研究的腐蚀体系中。主要研究内容和创新点如下:(1)通过对718合金在CO2和H2S两种油气井常见介质中的腐蚀电化学行为的比较,研究两者不同的耐腐蚀机理。CO2腐蚀的电化学阻抗谱呈现源于氧化物钝化膜和界面阻抗的双容抗弧型式;而H2S腐蚀的电化学阻抗谱表现出低频扩散阻抗特征,含硫腐蚀产物层贡献了扩散阻抗成分并对合金的耐蚀性起到重要作用。提高温度或CO2/H2S分压将造成钝化膜缺陷增加,从而提高均匀腐蚀速率或诱发局部腐蚀;降低溶液pH值则增加腐蚀产物的溶解度,使得电化学阻抗谱的低频扩散成分消失,同时增加高频区域的电阻值。(2)对718合金在含元素硫的高温水溶液中腐蚀的电化学噪声测试表明,局部腐蚀的形成与生长将产生特征噪声暂态峰。通过对电流与电位信号的交互递归定量分析可以初步判断局部腐蚀萌生、形成与加速扩展的不同阶段。采用交互递归图与同步性指数表征耦合的噪声信号可进一步指示局部腐蚀动力学机制的转变。递归分析方法与传统的时频分析方法相比,更适合表征短时确定而长期不确定,以及非平稳非周期性的局部腐蚀噪声信号。(3)对718合金在高温含硫盐水溶液中的腐蚀电化学噪声监测,得到了对应不同局部腐蚀动力学特点的电流噪声类型。结合熔融硫诱发局部腐蚀的机制提出基于非均匀阴极反应物的噪声形成模型,合理解释了不同类型的电流噪声形态。(4)对718合金在高温高压CO2-H2S-Cl-环境的应力腐蚀开裂行为的研究结果表明H2S向裂纹尖端的扩散为应力腐蚀裂纹扩展的重要条件;对合金在高温含硫盐水溶液中应力腐蚀开裂的电化学噪声监测表明温度、表面粗糙度和浸泡时间对合金的应力腐蚀裂纹的形成有重要影响,局部腐蚀诱发裂纹需要足够长的时间。