高矿化度油气田盐卤水对碳钢的腐蚀行为研究

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1、第32卷第2期西南石油大学学报(自然科学版)Vn1．32No．22010年4月JournalofSouthwestPetroleumUniversity(Science&TechnologyEdition)Apr．2010文章编号：1674～5086(2010)02—0154—05高矿化度油气田盐卤水对碳钢的腐蚀行为研究刘长坤，李春福，赵海杰，郭明林(西南石油大学材料科学与工程学院，四JIl成都610500)摘要：我国高矿化度油气田盐卤水资源丰富，为保障油气田开采和卤水综合利用过程的安全，采用失重法、扫描电镜、能谱分析

2、和交流阻抗测试技术研究了碳钢在高矿化度卤水中的腐蚀行为。研究结果表明：碳钢的平均腐蚀速率随着温度的升高先增大后减小，在70℃时出现峰值，矿化度增大促进平均腐蚀速率升高；卤水中的Na易于形成NaC1晶体沉积在钢表面，ca“有最大的参与成膜倾向，而Mg“在产物膜中的含量较低；腐蚀产物膜的微观缺陷将导致点蚀源出现，当点蚀坑超过临界尺寸之后会稳定发展，随着时间增长，点蚀的诱发和稳定发展呈现不同的电化学特征，建立了相应的腐蚀等效电路。关键词：盐卤水；腐蚀；点蚀；腐蚀产物膜；电化学特征中图分类号：TE893文献标识码：ADOI：1

3、0．3863／j．issn．1674—5086，2010．02．030我国卤水资源丰富，目前已发现了许多含高矿不同浓度的卤水(表1)。实验材料选用Q235钢。化度卤水的油气田，例如川西平落坝气田卤水的矿表1高矿化度卤水的成分化度达到377g／L⋯、文中油区出现地层水矿化度高Table1Compositionsofhighmineralizedbrine达300～350g／L的结盐油井、柴达木盆地西部第三系油田卤水的矿化度在190～260g／L、磨溪气田的矿化度达到69～222g／L_4。油气田卤水中含有高浓度的NaC1

4、、CaC1，和MgC1，会导致套管的腐蚀。人们对低矿化度地层水中钢的腐蚀进行了较深入的研究，Schmitt等认为can和Mg的增加会加速腐蚀J，但是也有研究表明，随着Ca和Mg浓度的增加会使钢的腐蚀速率1．2实验方法先增加后减小，Cl一浓度增加可能导致点蚀的产生用200#至800#砂纸逐级打磨钢表面，用丙酮清和加速腐蚀』。马涛等的研究表明矿化度对钢的腐洗，然后用蒸馏水冲洗，干燥后待用，然后测量尺寸并蚀速率和缓蚀剂的缓蚀效率都有一定影响l8]。但称重。将试样浸入腐蚀介质中，腐蚀时间为3d。采是，目前对高矿化度下油气田盐卤

5、水的腐蚀行为报用失重法计算平均腐蚀速率，采用交流阻抗技术对腐道较少⋯。蚀试样进行电化学测试，测试电位为自腐蚀电位，电本文研究了碳钢在高浓度盐卤水中的腐蚀行位振幅为±5mV，频率范围为10mHz～100kHz。采为，在油气田开采和卤水综合利用过程中保障安全用日本JSM一6490LV型扫描电镜对腐蚀产物进行观生产具有十分重要的现实意义。察，采用EDAX能谱仪对产物进行元素分析。1实验部分2实验结果与分析1．1实验介质与材料2．1温度和矿化度对腐蚀速率的影响采用模拟四川某气田卤水为介质，配制了5种选取表1中5#卤水作为介质，

6、研究了25—85℃{收稿日期：2009—05—19作者简介：刘长坤(1965一)，男(汉族)，四川邻水人，博士研究生，从事油气田材料与应用研究。第2期刘K坤，等：高矿化度油气田盐卤水对碳钢的腐蚀行为研究155时碳钢的腐蚀速率，结果如图1所示。可以看出，随合结果使腐蚀变得十分复杂。屈撑囤认为不仅着温度升高，腐蚀速率先增大后减小，在约70c(=左总矿化度对腐蚀速率有影响，还要考虑ca、Mg、右出现极大值。温度升高，反应速率增大，但是当温Na离子各自的浓度。度较高的时候，会形成结合力较好而且较致密的腐蚀产物膜，从而阻碍参与腐

7、蚀的离子或产物的传输，降低腐蚀反应的速率。l褥愚避图2矿化度对腐蚀速率的影响Fig．2Effectonminerizationonthecorrosionrate2．2腐蚀产物膜分析图1温度对腐蚀速率的影响电镜观察到盐结晶在腐蚀产物上析出，其形貌如Fig．1Efectoftemperatureonthecorrosionrate图3所示。从图3可见，规则的盐晶体颗粒镶嵌在腐图2是实验温度为70℃时的介质矿化度与碳钢蚀产物膜中，其尺寸比腐蚀产物晶体大。通过能谱分腐蚀速率的关系图。随着矿化度增大，碳钢的腐蚀速析(图3(b)

8、)发现盐晶体中主要原子Na与cl的比例率基本上呈上升趋势，在矿化度为170L～258g／L为48．20：51．06，可以推断其主要成分是NaC1，几乎不有略微减小的趋势，但是并不明显。孙建波等采用电含ca和Mg。图3(c)是腐蚀产物(B区)的能谱，其化学方法研究发现在矿化度为62g／L时出现极大中Mg和Na的原子质量分数，均为2．