Page 31 - 腐蚀与防护2024年第十一期

第45卷 第11期 腐蚀与防护 Vol.45 No.11

2024年11月 CORROSION &PROTECTION November2024
DOI : 10.11973 / fs y fh240102
1Cr 钢在含 CO 井筒环境中的腐蚀行为与耐蚀性
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马英文 1 , 2 , 邢希金 1 , 2 , 马泽林 , 冷光耀 , 韩 月 , 李光聪 3
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( 1. 海洋油气高效开发全国重点实验室, 北京 100028 ; 2. 中海油研究总院有限责任公司, 北京 100028 ;

3. 中国石油大学( 北京) 油气资源与探测国家重点实验室, 北京 102249 )
摘 要: 通过动态腐蚀试验, 对比研究了两种套管钢( 1Cr和 N80 ) 在不同温度地层水中的腐蚀行为。
采用扫描电子显微镜( SEM )、 能谱仪( EDS ) 和激光共聚焦显微镜( CLSM ) 对不同条件下套管钢的腐

分压下( 50℃ , 0.30MPa ), 与1Cr钢比, N80
蚀特征进行了详细的表征。结果显示: 在中温较低 CO 2
分压( 0.63 、 0.73MPa ) 下, 1Cr钢

钢的腐蚀速率大且点蚀程度严重; 在较高温( 100 、 114℃ ) 较高 CO 2
的腐蚀速率约为 N80钢的3倍, 呈现出严重的台地状腐蚀, N80钢则由于成膜优势, 平均腐蚀速率
较低, 基体无明显点蚀特征。产物膜的组成及理化特性对套管钢的腐蚀行为产生了重要影响。 1Cr 钢
在井筒浅部环境中具有优越性能; 然而, 在井筒深部不推荐使用该钢材, 需要谨慎选择适当的材料。
腐蚀; 产物膜; 适用条件
关键词: 低铬钢; 碳钢; CO 2
中图分类号: TG172 文献标志码: A 文章编号: 1005-748X ( 2024 ) 11-0023-08

腐蚀易引发井下管柱失效, 降低油气井的 物膜中的铬含量可达到钢基体中的10倍, 且试样呈
CO 2
使用寿命, 给油气工业带来巨大经济损失 [ 1-2 ] 。深入 均匀腐蚀形态, 无点蚀发生。
研究油套管钢的腐蚀行为对井筒优化选材和安全生 其次, 对于低铬钢的最佳适用临界条件仍未明
产至关重要。低铬钢( Cr质量分数1%~5% ) 的成 确。 GUO 等 [ 9 , 13 , 19 ] 研究了低铬合金钢在 CO 2 环境
本仅为普通碳钢的 1.5 倍, 但耐蚀性比普通碳钢提 中的腐蚀行为, 结果发现: 1Cr钢发生轻微点蚀, 2Cr
升3~40倍 [ 3-5 ] , 因此受到了众多科研学者的广泛关 钢表面的条状晶皮可能引起局部腐蚀, 3Cr 、 5Cr钢
注。尽管低铬合金钢在这一领域的研究取得了一些 均呈现均匀腐蚀形态。任永峰等 [ 20 ] 发现在常温常
进展, 但仍存在一些热点问题尚待澄清。 环境中, 3Cr钢的耐腐蚀性能大大优于碳
压的 CO 2
首先, 关于低铬钢的最佳 Cr含量仍存在争议。 钢。陈长风等 [ 8 , 16 , 21-26 ] 研究发现: 在含 CO 2 井筒环
不少研究人员认为增加0.5%~1.0% ( 质量分数, 下 境中, N80钢发生严重点蚀, 含 1%Cr钢的腐蚀速
同) 的 Cr 可防止严重的台地状腐蚀 [ 3 , 6-8 ]
。 GUO
率较 N80钢低, 但仍存在点蚀行为; 而含4%~5%
等 [ 9 ] 提出当钢中 Cr质量分数达到2%时, 连续且具 Cr钢呈现均匀腐蚀。孙建波等 [ 27-28 ] 研究发现, 在
有韧性的无定形层会覆盖整个试样表面, 可以消除 环境中 X65 钢发生了严重的台地状腐蚀和局
CO 2
局部腐蚀。另有学者 [ 10-14 ] 发现, 在 3Cr钢中, Cr会 部孔蚀, 1Cr钢存在尺寸均匀的蚀坑, 3Cr钢表面未
在钢中竞争沉积, 形成结
见孔或蚀坑, 5Cr钢表面光滑平整。
导致含铬化合物与 FeCO 3
腐 蚀 产 物 膜。陈 长 风
构致 密 且 富 铬 的 FeCO 3 目前, 普遍认为低铬油管钢在各类腐蚀环境中
等 [ 15-17 ] 认为含 4%Cr的 N80 钢的腐蚀产物膜由非
的耐蚀性优于普通碳钢。但也有学者认为, 添加 Cr
、 组成。 UEDA 等 [ 18 ]
晶态的 Cr 7 C 3 Cr 2O 3 和 FeCO 3 元素并未改善钢材的耐蚀性 [ 10 , 28-29 ] 。因此, 作者基

发现, 含4%~5%Cr的钢经24h浸泡后, 其腐蚀产
于陆上某油田区块的井筒腐蚀环境与防腐蚀选材问
井筒环境中对低铬钢1Cr和碳钢 N80
题, 在含 CO 2
收稿日期: 2024-02-08
的腐蚀行为进行了研究。
基金项目: 国家重点研发计划( 2022YFB3707500 ); 国家自然
科学基金面上项目( 52274015 ); 中海油有限公司综合科研项 1 试 验
目( KJZH-2024-2301 )
1.1 材料与试样
通信作者: 马英文( 1974- ), 正高级工程师, 硕士, 主要从事
试验选用低铬钢1Cr 作为目标材料, 对比材料为
海上钻完井研究与管理工作, 18084031721 , ma y w@cnooc.

普通碳钢 N80 。 N80钢密度为7.856 gcm , 1Cr 钢密
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