油气田H2S腐蚀分析及高强钢选材

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1、设计与选材石Corros油ion&化Prote工ction腐inPet蚀rochem与icalI防ndus护try2011，28(3)·31·油气田H2S腐蚀分析及高强钢选材术步玉环，马明新，郭胜来(中国石油大学(华东)石油工程学院，山东青岛266555)摘要：在油气田勘探开发、炼制以及加工过程中，广泛存在H2S的腐蚀问题。硫化氢的存在会使钢材的屈服强度大大降低，最终产生应力腐蚀破坏。随着高含硫油气田的深入勘探开发，如何优选出能够适用于在高含硫环境下的高强钢，是目前亟待解决的问题。本文针对这一现状，详细介绍了H：s腐蚀机制以及HS腐蚀的影响因素，

2、归纳出在H2S腐蚀下高强钢的选材原则，并优选得到了三种具有耐硫化氢腐蚀的高强钢：与油田常使用的35CrMo钢比较，30CrMoVTiA1，00Crl3NiSMo和22o5兼有更高的强度和耐硫化氢腐蚀性。此外，该文在此基础上对未来油气田抗H2S腐蚀的研究提出了几点建议。关键词：H，S抗硫高强钢选材中图分类号：TE988．2文献标识码：A文章编号：1007—015X(2011)03-0031—04油田H：S是最具腐蚀作用的有害介质之一，H：s在钢腐蚀的氢电极反应中起了催化剂作用。在石油、天然气的开采、输送、炼制加工以及石油化湿Hs应力腐蚀破裂的本质是

3、氢脆，产生应工过程中，钢铁在含有HS的油气环境中极易产力开裂的形式主要有以下几种：生硫化物应力腐蚀破坏⋯。氢鼓泡、氢致开裂、硫化物应力腐蚀开裂和应国内石油和天然气产品中HS的含量较高，力导向氢致开裂。尤其是川东北地区，H：s含量过高会对套管、管道1．2合金元素对材料抗H：S腐蚀的影响影响Hs腐蚀的因素很多，对于金属自身来和设备等造成严重的腐蚀，从而导致套管、管道穿孔、破裂以及设备报废等，大大增加了维修和保养说，主要是金属的强度、硬度、合金元素以及热处理费用。方法，其中合金元素对于金属的抗硫性能影响最为随着国内对含HS气田的深入开发，特别是显著，以

4、下是影响金属抗硫性能的主要合金元素：(1)Cr含量对钢的抗硫化性能的影响很大，钢对Hs含量过高气田的安全勘探和开发，进一步对HS腐蚀的影响因素和影响规律进行研究就显中Cr含量愈多，硫化物对钢的相对腐蚀就愈小。钢中cr有抑制硫醇吸附的作用，在高温Hs的腐得格外重要。蚀介质中，一般常用Cr．Mo钢及cr．Ni钢，在有些腐蚀较为严重部位，采用Cr—Al合金。1HS腐蚀简介(2)镍是促使合金钢形成稳定奥氏体组织的1．1H2S的腐蚀机理主要元素，但由于含镍钢上的析氢过电位最低，氢在湿H：S腐蚀环境中，碳钢设备易发生均匀离子易于放电，强化吸氢过程，因而会使钢

5、的硫化腐蚀和湿Hs应力腐蚀开裂，而应力腐蚀破裂会物破裂敏感性增加，因此在抗Hs腐蚀钢中应减使金属在低于其屈服强度的应力下发生破坏，具有少镍的含量。很大的隐蔽性。(3)钼能促进钢的钝化，提高钢在硫酸、盐酸在H：S水溶液中，主要是不解离的分子态HS及部分有机酸中的耐蚀性及抗点蚀能力。在高温引起了钢的脆化。这一过程是按以下顺序进行的：H2S+e叫H2S—、收稿日期：2010—12—23；修稿日期：2011—03—28。H2S一—HS一+H作者简介：步玉环(1966一)，教授，博士，目前主要从事油气H—__+H+e井工程、油气井流体力学、固完井工程领域的

6、教学及科研工HS一+H—}H2S作。E—mail：buyuhuan@163．corn这样反复作用，就生成了大量的原子氢吸附在基金项目：国家自然科学基金(E50974130)和中央高校基钢的表面上，为钢的渗氢脆化提供了必要条件，而本科研业务费专项资金(09CX04-006A)·32·石油化工腐蚀与防护第28卷回火时，钼能抑制磷等杂质在晶界偏聚而导致的脆0．05—0．6mL／L时，能在很短的时间内引起高强性现象，从而增强基体抗HS腐蚀性能。度钢的硫化物应力腐蚀破坏，但这时H：s的浓度(4)铝是一个重要的冶金元素，本身极易氧对高强度钢的破坏时间已经没有

7、明显的影响了。化，但氧化后在基体表面形成致密的AlO保护1．4．2温度膜，能抑制被氧化膜覆盖的基体进一步发生腐蚀变温度高于或低于22c【=时，硫化物应力腐蚀破化，从而减少合金腐蚀，尤其对Hs的抗蚀性效果裂倾向减小。更佳。出现这种现象原因可能是氢致开裂需要氢的(5)铜能加速氢原子的再结合速度，进而减少扩散，温度升高，则扩散越快，但升温又降低了H，S氢的活动性，提高钢在酸性介质中的耐蚀性及抗点的溶解度，使HS气体在水中的溶解度下降的同蚀能力，增强抗Hs应力腐蚀能力。时，又使腐蚀速度加快，因而会出现一个腐蚀性最(6)微量合金元素：如钛有助于细化晶粒，从

8、大的温度峰值。而提高钢的抗硫化物腐蚀的能力；硼能有效减轻晶1．4．3pH值间腐蚀；稀土可以细化晶粒，净化晶界，减少界面缺溶液pH值越低，