Page 9 - 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 fh220476
试验研究

封隔器卡瓦用 20CrNiMo 钢和 20CrMnMo 钢在

某油田井下工况中的腐蚀行为

董社霞 , 程文佳 , 靳浩楠 , 赵煜龙 , 林学强 2
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( 1. 中海油田服务股份有限公司天津分公司, 天津 300451 ; 2. 中国石油大学( 华东) 材料科学与工程学院, 青岛 266580 )
摘 要:在模拟深井 / 超深井的高温、 高压、 含 CO 2 H 2 S 环境中, 对封隔器卡瓦用 20CrMnMo钢和
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20CrNiMo钢开展腐蚀试验; 利用扫描电镜( SEM )、 能谱仪( EDS )、 X 射线衍射( XRD )、 X 射线光电
子能谱技术( XPS ) 和电化学测试等方法对比研究了两种材料的腐蚀行为。结果表明: 模拟深井 / 超
深井工况下, 20CrMnMo钢腐蚀形态为典型的全面腐蚀, 而20CrNiMo钢腐蚀形态为点蚀; 两种材
构成;
料表面形成的腐蚀产物均呈双层结构, 外层腐蚀产物均由疏松絮状 FeS 和颗粒状 FeCO 3
还有
20CrNiMo钢内层腐蚀产物由单一的 FeCO 3 构成, 而20CrMnMo钢内层腐蚀产物除了 FeCO 3
少量 Cr ( OH ), Cr ( OH ) 的存在有效提高了该钢内层腐蚀产物膜的保护性, 从而使该钢耐蚀性能
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明显优于20CrNiMo钢。
/
关键词:封隔器卡瓦; 20CrNiMo钢; 20CrMnMo钢; CO 2 H 2 S腐蚀; 腐蚀产物特征

中图分类号: TG178 文献标志码: A 文章编号: 1005-748X ( 2024 ) 11-0001-07
近年来, 油气资源开采朝深井、 超深井方向发 学性能外, 卡瓦材料的耐蚀性也必须得到重视。但
/
展, 开采环境变得越来越苛刻, 在井下含 CO 2 H 2 S 是, 目前关于20CrNiMo和20CrMnMo两种卡瓦材
的高温高压环境中服役设备的腐蚀问题越发严重, 料耐蚀性的研究鲜有报道。
被人们重视并逐渐成为研究热点 [ 1-3 ] 。 作者在高温高压和含 CO 2 H 2 S环境中对封隔
/
卡瓦是井中拉拔油管的一种卡具, 对其耐蚀性 器卡瓦用 20CrMnMo钢和 20CrNiMo钢开展了腐
要求随着开采环境的劣化而提高。采油生产中, 若 蚀试验, 利用扫描电镜( SEM )、 能谱仪( EDS )、 X 射
卡瓦失效, 封隔器将无法正常坐封, 进而发生采油事 线衍射( XRD )、 X 射线光电子能谱技术( XPS ) 和电
故 [ 4 ] 。因此, 卡瓦被认为是采油工作中影响安全生 化学测试等方法对比研究了两种材料的腐蚀行为。

产的重要因素之一。从力学性能考虑, 20CrNiMo 1 试 验
钢是一种较为理想的卡瓦封隔器的制造材料, 而近
几 年 国 内 油 服 公 司 将 20CrMnMo 钢 作 为 1.1 试验材料与溶液
20CrNiMo钢的一种替代材料。这两种低碳钢均拥 试验用材为封隔器卡瓦常用 20CrMnMo钢和
有良好的韧性和强度, 能够很好满足卡瓦材料的力 20CrNiMo钢, 其化学成分见表1 。图1为20CrMnMo
学性能要求 [ 5 ] 。然而, 在实际生产中卡瓦容易发生 钢和20CrNiMo钢的显微组织, 两种钢均由马氏体及
牙齿断裂和 “ 秃齿” 等现象, 进而导致失效。在失效 铁素体组成。试验溶液为15% ( 质量分数) NaCl 溶液。

卡瓦断口的腐蚀产物中检测到了 S和 Cl 元素, 可见 1.2 腐蚀试验
腐蚀会加速或造成卡瓦失效。因此, 除了材料的力 模拟深井 / 超深井工况( 高温、 高压、 含 H 2 S /
), 在 3 L 的 C276 磁 力 驱 动 反 应 釜 中 对

CO 2
20CrMnMo钢和 20CrNiMo 钢进行腐蚀试验。试
收稿日期: 2022-08-04
样尺寸为 50mm×13mm×3mm 。每组试验取 4
基金项目: 国家自然科学基金青年基金项目( 51701240 ); 中
块平行试样。试验前将试样挂在反应釜内的聚四氟
国石油大学( 华东) 校自主创新项目( 17CX02023A ); 中海油

乙烯夹具上, 然后将1.5L 除氧24h后的试验溶液
关键核心技术攻关项目( YSB20YF019 )
通信作者: 林学强( 1983- ), 高级实验师, 博士, 研究方向为 引入反应釜中, 再密封反应釜。向反应釜中通入高
纯 N 22h , 以去除装釜过程中进入的空气。 升温至

材料腐蚀与防护, 15610009172 , linxue q ian g @u p c.edu.cn
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