20G钢和316L钢在火驱尾气中的腐蚀机理研究

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利用火驱技术进行开采的过程中,空气中的氧气参与燃烧而被消耗掉,氮气等其它气体通过生产井排出,形成火驱尾气。新疆油田的火驱尾气中可能存在残留的O2,还存在CO2或H2S两种腐蚀性气体,从而腐蚀管道和设备的金属材料。目前针对火驱尾气工况条件和火驱烟道气回注工艺中的材料的腐蚀机理研究较少,而对O2、H2S和CO2三种腐蚀性气体共同参与反应时的交互作用和腐蚀机理的研究更加缺乏。所以,有必要研究金属材料在火驱尾气中的腐蚀机理,为现场的腐蚀研究和监测防护提供理论依据。基于新疆油田现场火驱烟道气回注工艺相关环节的压力、温度条件,本文设置O2和CO2、H2S和CO2、O2和H2S、O2、H2S和CO2四种实验条件,分别研究金属材料在不同的腐蚀性气体共存条件下的腐蚀机理;并设置不同的O2分压,研究O2、H2S和CO2三者共存时,O2分压对金属材料腐蚀行为的影响规律。以上各组实验中腐蚀性气体的分压或含量根据新疆油田火驱尾气中腐蚀性气体的成分设置。实验材料选择注气管线常用的20G钢和注入站二级增压出口分离器常用的316L钢,设置气液相实验条件,利用高温高压模拟实验模拟腐蚀环境,采用失重法测试金属材料的均匀腐蚀速率。对腐蚀形态和腐蚀产物进行微观分析,分别应用3D轮廓仪测试金属材料的局部腐蚀现象、SEM测试腐蚀产物的表面微观形貌和横截面微观形貌、EDS测试腐蚀产物中化学元素的能谱、XRD测试腐蚀产物的化学成分。对于316L钢,由于腐蚀产物膜很薄,需要采用XPS更精细地检测腐蚀产物的化学成分。综合以上各种方法,得到气体间的交互作用、金属材料的腐蚀行为和腐蚀机理。通过本文的研究,得到关于20G钢和316L钢在新疆油田火驱尾气的工况条件下腐蚀的结论:20G钢在火驱尾气条件下发生严重的腐蚀;O2氧化Fe2+或Fe(OH)2生成Fe3+物质;与CO2共存时,会抑制FeCO3的沉积,破坏FeCO3膜的完整性;与H2S共存时,会抑制硫化物的沉积,同时与H2S发生交互作用生成S或S8;CO2和H2S与金属材料发生腐蚀反应过程中,生成大量的FeCO3和少量硫化物;三种腐蚀性气体共存时,都直接参与腐蚀反应,腐蚀产物不断地被O2氧化和被H2S还原,而且随着O2分压的升高,腐蚀产物的致密性降低,腐蚀更严重。316L钢具有良好的抗均匀腐蚀能力,产物膜中有合金元素的化合物沉积,发生钝化;在高O2分压条件下,S8的局部沉积导致产物膜出现破损点,造成严重的点蚀。最后,针对本文的腐蚀机理的研究成果,提出关于现场腐蚀监测与防护的建议,对于提高生产作业的安全性,延长金属材料的使用寿命具有指导意义。
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