高温高压动态腐蚀速率及阴离子浓度影响研究

邹洪岚，姚 飞，温晓红，王青华，周佳佳

（中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007）



高温高压动态腐蚀速率及阴离子浓度影响研究

邹洪岚，姚 飞，温晓红，王青华，周佳佳

（中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北 廊坊 065007）

摘 要：中东地区伊拉克新投产的H油田地表水资源有限，急需研究注海水工程配套技术，因此海水对注水管柱的腐蚀速率显得至关重要。以H油田注水系统环节涉及的6种挂片（碳合金、35CrMo 、N80、L80、80ss、90s）为研究对象，以高温高压动态腐蚀仪为技术手段，研究了高温高压及离子浓度变化条件下的动态腐蚀速率情况，研究表明，碳合金、35CrMO和N80属于尚耐蚀型材料，L80、80ss和90s属于完全耐蚀型材料，从技术经济较大考虑推荐L80和80ss管材。Cl-、SO42-和HCO3-浓度对腐蚀速率影响主次顺序为：Cl-＞ HCO3-＞ SO42-。

关 键 词：高温高压动态腐蚀；腐蚀速率；锈层；分析

随着中国石油海外油气业务的发展，注水开发油田的规模不断加大，注水油藏的类型也在不断增多。其中具有代表性的中东地区伊拉克新投产的H油田，另外，由于中东地区地表水资源有限，急需研究注海水工程配套技术，因此海水对注水管柱的腐蚀速率显得至关重要［1，2］。以往腐蚀速率都是在常温下，挂片于腐蚀液中静止72 h测定的［3，4］，为了研究高温高压条件下［5，6］，动态挂片的腐蚀速率，笔者以H油田注水系统环节涉及的6种挂片（碳合金、35CrMo、N80、L80、80ss、90s）为研究对象，以高温高压动态腐蚀仪为技术手段，研究了高温高压条件下的动态腐蚀速率及阴离子浓度对腐蚀速率的影响情况，对于H油田注海水工程有重要指导意义。

1 实验条件

在90 ℃，30 MPa条件下，取H油田模拟海水矿化度为50 000 mg/L，离子浓度如表1所示，围绕H油田注水系统的环节，注水储罐、喂水泵、注水泵、地面注水管线、注水井口（阀组）、井下管柱确定腐蚀实验的试样挂片种类，共6种材质：碳合金、35CrMo 、N80、L80、80ss、90s，实验挂片尺寸统一为50 mm×10 mm×3 mm，即试样总面积S=（5 010+50×3+10×3）×2 =1 360 mm2，实验挂片置于高温高压腐蚀动态仪中，实验时间：从2015年7月12日12：00开始，至2015年8月22日17：00结束，共计989 h。

2 方案设计

2.1 腐蚀速率

腐蚀速率又称腐蚀率，通常表示的是单位时间的腐蚀程度平均值，金属材料抵抗周围介质腐蚀破坏作用的能力称为耐腐蚀性。分别测定6种材质挂片（碳合金、35CrMo 、N80、L80、80ss、90s）的腐蚀速率，并分别确定其耐腐蚀性。

表1 模拟海水矿化度Table 1 Simulated seawater salinity

2.2 阴离子影响腐蚀速率的主次顺序

表2 阴离子浓度参数设置Table 2 Anion concentration parameter setting

3 结果分析

3.1 腐蚀速率

腐蚀速率计算公式如下：

式中：R—腐蚀速率，mm/a；

S—试样总面积，mm2；

M—腐蚀前重量，g；

Mt—腐蚀后重量，g；

T—试验时间，h；

D—试样密度，g/cm3。

普通碳钢每年的腐蚀速度实际通过腐蚀探针所测数据经常能达到0.3～0.4 mm/a，不锈钢腐蚀速率〈0.005 mm/a。国际上对材料的耐蚀性按年腐蚀速率分为三类：

第一类为完全耐蚀，其腐蚀速率〈0.1 mm/a，优质不锈钢属于此类材料；

第二类为尚耐蚀，其腐蚀速率为0.1～1.0 mm/a，属于一般不锈钢；

第三类为不耐蚀，其腐蚀速率大于1.0mm/a。

矿化度分别50 000 mg/L的模拟海水中，六种腐蚀挂片（L80、80ss、90s、N80、碳合金、35CrMo）的腐蚀速率及耐蚀性计算如表3所示。

表3 腐蚀速率计算结果Table 3 Corrosion rate calculation results

从表3可以看出，碳合金、35CrMO和N80属于尚耐蚀型材料， L80、80ss和90S属于完全耐蚀型材料，由于90s管材造价很高，从技术经济角度考虑推荐L80和80ss管材，如表4所示。

表4 管材推荐结果Table 4 Pipe recommendation results

3.2 阴离子影响腐蚀速率的主次顺序

阴离子影响L80挂片腐蚀速率的结果如表5所示。

表5 实验结果Table 5 Experimental results

L80挂片腐蚀速率正交试验方案直观分析见表6。

表6 L80正交试验方案直观分析表Table 6 Direct analysis of L80 orthogonal test scheme

4 结 论

（1）碳合金、35CrMo和N80属于尚耐蚀型材料，L80、80ss和90s属于完全耐蚀型材料，从技术经济角度考虑推荐L80或80ss。

（2）Cl-、SO42-和HCO3-浓度对腐蚀速率影响主次顺序为：

参考文献：

［1］赵国仙，吕祥鸿.温度对油套管用钢腐蚀速率的影响［J］.西安石油大学学报（自然科学版），2008，23（4）：74-78.

［2］刘会，赵国仙，韩勇，等.Cl-对油套管用P110钢腐蚀速率的影响［J］.石油矿场机械，2008，37（11）：44-48.

［3］梁晓锋，曾科.测定腐蚀速率新方法在油田中的应用研究［J］.沿海企业与科技，2007（2）：82-84.

［4］李富民，袁迎曙，耿欧，等.混凝土中钢筋腐蚀速率的理论模型［J］.华南理工大学学报（自然科学版），2009，37（8）：83-87.

［5］吕祥鸿，赵国仙，路民旭.N80钢动态和静态CO2腐蚀行为对比研究［J］.腐蚀科学与防护技术，2003，15（1）：5-8.

［6］陈长风，路民旭，赵国仙.含1%Cr的N80钢CO2腐蚀产物膜特征［J］.中国腐蚀与防护学报，2003，23（6）：330-334.

Research on Dynamic Corrosion Rate and Influence of Anion Concentration Under High Temperature and High Pressure

ZOU Hong-lan，YAO Fei，WEN Xiao-hong，WANG Qing-hua，ZHOU Jia-jia
（Langfang Branch of China Petroleum Exploration and Development Research Institute，Hebei Langfang 065007， China）

Abstract:The surface water resource of H oilfield in Middle East Iraq is limited. So it is urgent to study supporting technology of sea water injection engineering. Therefore the corrosion rate of the sea water to the water injecting string is crucial. The dynamic corrosion rates of 6 kinds of hanging pieces （carbon alloys，35CrMo，N80，L80，80ss，90s） in H oilfield water injection system were studied by the dynamic corrosion tester under high temperature and high pressure and changing ion concentration as technical manner. The research shows that the carbon alloys， 35CrMo and L80 are still corrosion resistant materials， and the 80ss， N80 and 90s are complete corrosion resistant materials. From the technical and economic considerations， L80 and 80ss pipe should be recommended. In effect of Cl-， SO42-and HCO3-concentration to the corrosion rate， the primary and secondary order is:HCO3-〉 SO42-〉 Cl-.

Key words:Dynamic corrosion under high temperature and high pressure； Corrosion rate； rust layer； Analysis

中图分类号：TE39

文献标识码：A

文章编号：1671-0460（2016）02-0241-03

基金项目：中国石油集团公司“十二五”海外重大科技攻关项目“中东地区大型碳酸盐岩油藏采油工程技术研究与应用”（2011E-2502）；“十三五”国家重大专项项目30课题5“复杂碳酸盐岩采油采气关键技术研究与应用”（2016ZX05030-005）。

收稿日期：2015-11-17

作者简介：邹洪岚（1972-），女，湖北省人，博士，高级工程师，1997年毕业于西南石油学院油气田开发工程专业，现就职于中石油勘探开发研究院廊坊分院，主要从事采油采气增产措施方面研究工作。