钨合金镀层腐蚀性能研究

2015-04-27周泉

企业文化·中旬刊 2015年3期

周泉

摘要：利用高温高压电化学测试反应釜、电化学工作站（含高温高压测试系统）对钨合金镀层和P110裸钢进行电化学测试，得出钨合金镀层在60?C、90?C、120?C三个温度下CO2分压1.0MP油田模拟腐蚀介质环境下的自腐蚀电位高于P110裸钢，钨合金镀层自腐蚀电流密度明显小于P110裸钢。研究表明，钨合金镀层的抗腐蚀性能明显优于P110裸钢。

关键词：钨合金镀层；P110钢；CO2；高温高压；耐腐蚀性

0.前言

随着油田开发进入高含水期，油井含水率不断上升，普遍超过换相点含水74%，采油难度逐渐加大，腐蚀、结垢问题成为油水井管柱的失效的主要问题[1]。N80材质油管内壁通过钨合金镀层防腐处理后经过胜利油田、中原油田、南阳油田、江苏油田等国内各大油田实际应用已经证实钨合金镀层在防腐蚀、防结垢的优异特性[2]。本次试验研究针对P110材质经过钨合金镀层处理后在60℃、90℃、120℃三个温度下CO2分压1.0MP油田模拟腐蚀介质环境下的耐蚀性能明显优于P110裸钢。

1.实验材料及测试方法

1.1实验材料

高温高压电化学测试和高温高压腐蚀模拟实验采用P110裸钢和钨合金镀层两种材料。其中，电化学试样尺寸为工作面积为10mm×10mm，厚度为5mm的台阶形试样，试样加工图纸见图1。

图1高温高压电化学测试用试样尺寸图

高温高压模拟实验试样尺寸为直径87mm，弧长30mm，面宽12mm，厚度4mm的弧形试样，每组试验选用二个平行试样。

1.2测试方法

电化学测试和腐蚀模拟实验采用介质按照油田采出水各种成分，利用去离子水和分析纯化学试剂配制而成。

电化学测试采用1.5L高温高压电化学反应釜和CHI660D电化学综合测试系统，电化学测试采用三电极体系，其中工作电极为P110裸钢和钨合金镀层，工作面积为1cm2，辅助电极为铂片电极，参比电极为日本东伸公司高温高压Ag/AgCl电极。高温高压腐蚀模拟实验采用3L高温高压磁力驱动CO2反应釜进行。

将P110和钨合金镀层两种材料加工成如图1所示的电化学试样，将其浸入盛有丙酮的烧杯中，放入超声波清洗仪中清洗20min，除掉试样表面的油污，用酒精清洗后冷风吹干。将铜导线焊接在试样上，分别使用环氧和硅胶进行电化学试样的封装。工作电极P110裸钢逐级打磨至800#砂纸，钨合金镀层无需打磨，去离子水清洗，酒精脱水，冷风吹干。

测试前向溶液中通入高纯CO2（含量>99.99%）气体10h以上，以除去溶液中溶解的氧。将电化学试样装入高温高压电化学反应釜中，再快速除氧1h后升温。达到实验设计要求时，立即监测自腐蚀电位（Ecorr）15min，待自腐蚀电位的波动范围稳定在±1mV之内时，立即进行动电位极化曲线测量。动电位极化曲线测试电位范围：±250mVvs.Ecorr，扫描速率为0.5mV/s。测试过程中持续向溶液中通CO2，使其为CO2饱和溶液。

待测试结束后将相对于Ag/AgCl参比电极的电位转变为相对于饱和甘汞电极（SCE）电位，利用Origin软件进行数据分析并作图。

将P110裸钢和钨合金镀层材料加工成为腐蚀模拟实验用φ87mm的弧形试样，经过800#砂纸打磨后，将其浸入盛有丙酮的烧杯中，放入超声波清洗仪中清洗20min，除掉试样表面的油污，酒精清洗冷风吹干；然后用精度0.1mg的电子分析天平称量试样的重量，用精度0.02mm的游标卡尺测量试样的尺寸，并计算试样腐蚀面的面积，记录测量的数据。然后将试样封装到试样夹具上。

腐蚀试验采用磁力驱动高温高压CO2反应釜。实验溶液在试验前用CO2除氧10h后，倒入反应釜后再除氧2h后升温，到设定的温度后，再增大CO2压力到1Mpa后开始计时，实验的周期为10天。

每组试验采用二个平行试样，试验结束后取出试样，经清水酒精冲洗吹干拍照；然后将试样放入除锈液中，去除腐蚀产物膜后清洗干燥，使用精度为0.1mg的电子分析天平称重。以同样的处理方法进行空白试样清洗和称重。腐蚀速率按照以下公式进行计算：

R：腐蚀速率，mm/a；

M：实验前的试样质量，mg；

Mt：实验后的试样质量，mg；

Mk：空白试样的失重，mg；

S：试样的总面积，cm2；

T：实验时间，h；

D：材料的密度，g/cm3。

2.实验结果及分析

2.1高温高压电化学测试结果（图略）

2.2高温高压腐蚀模拟实验结果（图略）