超级13Cr马氏体不锈钢在入井流体与产出流体环境中的腐蚀行为研究.pdf

超级１３Ｃｒ马氏体不锈钢在人井流体与产出流体环境中的腐蚀行为研究超级１３Ｃｒ马氏体不锈钢在入井流体与产出流体环境中的腐蚀行为研究ＣｏｒｒｏｓｉｏｎＢｅｈａｖｉｏｒｓｏｆＳｕｐｅｒ１３ＣｒＭａｒｔｅｎｓｉｔｉｃＳｔａｉｎｌｅｓｓＳｔｅｅｌＵｎｄｅｒＤｒｉｌｌｉｎｇａｎｄＣｏｍｐｌｅｔｉｏｎＦｌｕｉｄｓＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ刘亚娟。，吕祥鸿，赵国仙，陈长风，薛艳。（１西安石油大学材料科学与工程学院，西安７１００６５；２中国石油大学（北京）材料科学与工程系，北京１０２２４９；３西安摩尔石油工程实验室，西安７１００６５）———ＬＩＵＹａｉｕａｎ，ＬＵＸｉａｎｇｈｏｎｇ，ＺＨＡＯＧＵＯｘｉａｎ，—ＣＨＥＮＣｈａｎｇｆｅｎｇ。．ＸＵＥＹａｎ。’（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉａｎＳｈｉｙｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，’Ｘｉａｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ；２ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，’ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２４９，Ｃｈｉｎａ；３Ｘｉａｎ’ＭａｕｒｅｒＰｅｔｒｏｌｅｕｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙ，Ｘｉａｎ７１００６５，Ｃｈｉｎａ）摘要：通过模拟油田超深超高压高温油气井腐蚀环境，研究超级１３Ｃｒ马氏体不锈钢管材抗均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂（ＳＣＣ）及酸化液腐蚀的性能。研究结果表明：随着井深的增加，超级１３Ｃｒ马氏体不锈钢的均匀腐蚀速率逐渐增大，且气相的均匀腐蚀速率要大于液相的腐蚀速率，但不论在液相还是在气相腐蚀条件下，均匀腐蚀速率均远小于０．１ｍｍ／ａ；由于超级１３Ｃｒ马氏体不锈钢有较高的Ｍｏ，Ｎｉ含量，在模拟腐蚀环境中未出现明显点蚀现象，且具有良好的抗ＳＣＣ性能；循环酸化腐蚀试验后试样管体和接箍部分没有出现点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀迹象。关键词：超级１３Ｃｒ马氏体不锈钢；均匀腐蚀；点蚀；应力腐蚀开裂（ＳＣＣ）；循环酸化中图分类号：ＴＧ１７２．８文献标识码：Ａ——文章编号：１００１４３８１（２０１２）１０００１７一Ｏ５Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｆｌｕｉｄｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｕｐｅｒ１３Ｃｒｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｔｕｂｕｌａｒｐｒｏｄｕｃｔｓａｇａｉｎｓｔｕｎｉｆｏｒｍｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，ｐｉｔｔｉｎｇ，ｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇ（ＳＣＣ）ａｎｄａｃｉｄｌｉｑｕｉｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｕｎｉｆｏｒｍｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒａｔｅｏｆ—ｓｕｐｅｒ１３Ｃｒｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｉｎｃｒｅａｓｅｓａｓｔｈｅｗｅｌｌｄｅｐｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒ，ｔｈｅｕｎｉｆｏｒｍｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒａｔｅｏｆｓｕｐｅｒ１３Ｃｒｉｎｇａｓｐｈａｓｅｉｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈｅｏｎｅｉｎｔｈｅｌｉｑｕｉｄｐｈａｓｅ，ｂｕｔｉｔｉｓｆａｒｌｅｓｓｔｈａｎ—０．１ｍｍ／ａｂｏｔｈｉｎｌｉｑｕｉｄｐｈａｓｅａｎｄｇａｓｐｈａｓｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｓｉｎｃｅｓｕｐｅｒ１３ＣｒｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｃｏｎｔａｉｎｅｄｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｈｉｇｈｅｒＭｏａｎｄＮｉｅｌｅｍｅｎｔ，ｏｂｖｉｏｕｓｐｉｔｃｏｒｒｏｓｉｏｎａｎｄｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎ—ｃｒａｃｋｉｎｇｄｉｄｎｏｔｏｃｃｕｒｕｎｄｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｃｏｒｒｏｓｉｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｃｙｃｌｉｃａｃｉｄｃｏｒｒｏｓｉｏｎｔｅｓｔ，ｌｏｃａｌｃｏｒｒｏｓｉｏｎｉｎｃｌｕｄｉｎｇｐｉｔｔｉｎｇ，ｃｒｅｖｉｃｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，ｅｔｃ．，ｄｉｄｎｏｔｏｃｃｕｒｅｉｔｈｅｒｏｎｔｈｅｐｉｐｅｂｏｄｙｏｒｏｎｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒ１３Ｃｒｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ；ｕｎｉｆｏｒｍｃｏｒｒｏｓｉｏｎ；ｐｉｔｔｉｎｇ；ｓｔｒｅｓｓｃｏｒｒｏｓｉｏｎｃｒａｃｋｉｎｇ（ＳＣＣ）；ｃｙｃｌｉｃａｃｉｄ随着超深、超高压、超高温井的开发，对油套管材料的选择有以下要求：（１）材料要求：不论是经冷加工或沉淀硬化处理获得的油套管材料，必须具有足够高的强度；在油气田腐蚀环境条件下，必须具有足够高的腐蚀抗力。（２）力学性能要求：相应的最低屈服强度（ＲＰ。．ｚ）；相应的抗拉强度（Ｒ）；相应的伸长率（Ａ。）；相应的硬度；相应的缺口冲击韧性Ｌ１］。在高含ｃＯ。环境下，ＡＰＩ１３Ｃｒ马氏体不锈钢（普通１３Ｃｒ）具有良好的腐蚀抗力，作为石油管材的应用稳定增长。其主要靠添加质量分数１２～１４的Ｃｒ在表面形成一定程度的钝化膜来提高材料的ＣＯ腐蚀抗力。但是，普通１３Ｃｒ高温时的均匀腐蚀、中温ＨＧＢ／ＰＬＡ复合材料的制备及性能研究４７料的加工流动性得到明显改善。３结论（１）经过硅烷偶联剂表面包覆处理的ＨＧＢ能够在ＰＬＡ基体中分散均匀，且与基体间具有较好的界面结合。（２）随着ＨＧＢ体积分数的增加，ＨＧＢ／ＰＬＡ复合材料的比抗拉强度和断裂伸长率先上升再降低，分别在１５和１Ｏ时达到最大值，而比弹性模量则呈现一直增加的趋势。（３）ＨＧＢ的引入降低了ＰＬＡ基体的比冲击强度，但在ＨＧＢ含量为１５％时，ＨＧＢ／ＰＬＡ复合材料的比冲击强度最高，达到了纯ＰＬＡ比冲击强度的８５。（４）在所研究的体积分数范围内，ＨＧＢ的引入大幅改善了ＨＧＢ／ＰＬＡ复合材料的流动加工性能，其熔体流动速率的最高增幅超过２０倍。［１］［２］［３］［４］［５］参考文献ＣＨＡＬＩＶＥＮＤＡＲＶＢ，ＳＨＵＫＬＡＡ，ＢＯＳＥＡ，ｅｔａ１．Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉ０ｎｏｆｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｃｏｒ—ｎ—ｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ，２００３，３８（８）：１６３１１６４３．周祖福．复合材料学［Ｍ］．武汉：武汉理工大学出版社，１９９５．—１８２１８３．ＮＡＭＰＯＯＴＨＩＲＩＫＭ，ＮＡＩＲＮＲ，Ｊ０ＨＮＲＰ．Ａｎｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｔｈｅｒｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎｐｏｌｙｌａｃｔｉｄｅ（ＰＬＡ）ｒｅｓｅａｒｃｈ［Ｊ］．—ＢｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，１０１（２２）：８４９３８５０１．ＹＵＴ，ＬＩＹ，ＲＥＮＪ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｈｏｒｔｎａｔｕｒａｌｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙ（１ａｃｔｉｃａｃｉｄ）ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌｓＳｏｃｉｅｔｙｏｆＣｈｉｎａ，２００９，１９（ｓ３）：ｓ６５１一ｓ６５５．—ＨＵＤＡＭＳ，ＤＲＺＡＬＬＴ，ＭｏＨＡＮＴＹＡＫ，ｅｔａ１．Ｅ｛ｆｅｅｔｏｆｆｉ——ｂｅｒｓｕｒｆａｃｅ。ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｌａｍｉｎａｔｅｄｂｉｏｃｏｍｐｏｓ－—ｉｔｅｓｆｒｏｍｐｏｌｙ（１ａｅｔｉｃａｃｉｄ）（ＰＬＡ）ａｎｄｋｅｎａｆＩ－Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＳｃｉ—ｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，６８（２）：４２４４３２．［６３于涛，李岩，任杰．阻燃级黄麻短纤维／聚乳酸复合材料的制备—及性能研究［Ｊ］．材料工程，２００９，（ｓ２）：１９４２９７．［７］ＯＲＯＺＣＯＶＨ，Ｋ０ｚＬ０ｖｓＫＡＹＡＶ，ＫＨＡＲＬＡＭＰＩＥＶＡＥ，ｅｔ—ａ１．Ｂｉｏｄｅｇｒａｄａｂｌｅｓｅｌｆｒｅｐｏｒｔｉｎｇｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｉｌｍｓｏｆｐｏｌｙ（１ａｃｔｉｅ—ａｃｉｄ）ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｂｙｌａｙｅｒ－ｂｙｌａｙｅｒａｓｓｅｍｂｌｙ［Ｊ］．—Ｐｏｌｙｍｅｒ，２０１０，５１（１８）：４１２７４１３９．—［８］ＦｕＫｕｓＨＩＭＡＫ，ＡＢＢＡＴＥＣ，ＴＡＢＵＡＮＩＤ，ｅｔａ１．Ｂｉｏｄｅｇｒａ—ｄａｔｉｏｎｏｆｐｏｌｙ（１ａｃｔｉｃａｃｉｄ）ａｎｄｉｔｓｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｐｏｌｙｍｅｒ—ＤｅｇｒａｄａｔｉｏｎａｎｄＳｔａｂｉｌｉｔｙ，２００９，９４（１０）：１６４６１６５５．Ｉ－９］ＺＨＡＯＹＱ，ＬＡＵＫＴ，ＫＩＭＪ，ｅｔａ１．Ｎａｎｏｄｉａｍｏｎｄ／ｐｏｌｙ（１ａｃｔｉｃａｃｉｄ）ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：ｅｆｆｅｃｔｏｆｎａｎｏｄｉａｍｏｎｄｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｐｏｌｙ（１ａｃｔｉｃａｃｉｄ）［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：ＰａｒｔＢ，２０１０，—４１（８）：６４６６５３．［１０］ＰＡＰＡＧＥＯＲＧＩＯＵＧｚ，ＡＣＨＩＬＩＡＳＤＳ，ＮＡＮＡＫＩｓ，ｅｔａ１．ＰＬＡｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ－ｅｆｆｅｃｔｏｆｆｉｌｌｅｒｔｙｐｅｏｎｎｏｎ－ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ—ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＴｈｅｒｍｏｃｈｉｍｉｃａＡｃｔａ，２０１０，５１１（１２）：—１２９１３９．［１１］ＨＵｘ，ＸＵＨＳ，ＬＩｚＭ．Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｐｏｌｙ—（Ｌ－ｌａｃｔｉｄｅ）（ＰＬＬＡｆｉｌｌｅｄｗｉｔｈｈｏｌｌｏｗｇｌａｓｓｂｅａｄｓ［Ｊ］．Ｍａｃｒｏ—ｍｏｌｅｃｕｌａｒＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，２９２（５）：６４６６５４．—［１２］ＫＨＡＮＭＡ，ＨＡＳＳＡＮＭＭ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆ７－ａｍｉｎｏｐｒｏｐｙｌｔｒｉｍｅ——ｔｈｏｘｙｓｉｌａｎｅｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｊｕｔｅｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃｅ，２００６，１００（５）：—４１４２４１５４．基金项目：安徽理工大学青年教师科学研究基金资助（ＱＮ２０１１１６）；安—徽理工大学博士启动基金（２０１０１１０６０）———收稿日期：２０１ｌ＿１２０７；修订日期：２０１２０３２８作者简介：杨继年（１９８１一），男，博士，讲师，研究方向是聚合物基复合材料，联系地址：安徽淮南市安徽理工大学材料科学与工程学院—（２３２００１），Ｅｍａｉｌ：ｙａｎｇｊｉｎｉａｎ＠１６３．ｃｏｒｎ米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米（上接第２１页）［９］［４］［５３［６］［７］［８３赵国仙，吕祥鸿．温度油套管用钢腐蚀速率的影响［Ｊ］．西安石油—大学学报，２００８，２３（４）：７４７８．—ＦＥＬＴＯＮＰ，ＳＣＨＯＦＩＥＬＤＭＪ．Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｔｈｅｈｉｇｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｒｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｍｏｄｉｆｉｅｄ１３ＣｒｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃＯＣＴＧ［Ａ］．５３ｔｈＮＡＣＥＡｎｎｕａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＳａｎＤｉｅｇｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，Ｍａｒｃｈ２５—２７，１９９８［Ｃ］．Ｈｏｕｓｔｏｎ：Ｏｍｎｉｐｒｅｓｓ，１９９８．ＩＢＲＡＨＩＭＭＺ，ＨＵＤＳＯＮＮ，ＳＥＬＡＭＡＴＫ．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｓｕｐｅｒ１３Ｃｒｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌｓｉｎｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｆｌｕｉｄｓ［Ａ］．—５８ｓｔＮＡＣＥＡｎｎｕａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｈｏｕｓｔｏｎ，Ｔｅｘａｓ，Ａｐｒｉｌ３７，２００５［ｃ］．Ｈｏｕｓｔｏｎ：Ｏｍｎｉｐｒｅｓｓ，２００３．李平全．俄罗斯油气输送钢管选用指南：钢管技术条件汇编［Ｍ］．西安：中国石油天然气集团公司管材研究所，１９９９．ＴＩＺＩＡＮＡＣ，ＥＵＧＥＮＩＯＬＰ，ＬＵＣＲＥＺＩＡＳ．Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｃｏｒｒｏｓｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｔａｌｌｏｙｓｉｎｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎａｃｉｄｓ［Ａ］．ＬｏｎｇＴｅｒｍＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎ＆ＭｏｄｅｌｉｎｇｏｆＣｏｒｒｏｓｉｏｎ［Ｃ］．Ｆｒａｎｃｅ：Ｅｕｒｏｃｏｒｒ，２００４．米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米ＹＡＮＧＢＹ，ＫＯＨＳＵ，ＫＩＭＪＳ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆａｌｌｏｙｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙｔｏｓｕｌｆｉｄｅｓｔｒｅｓｓｃｒａｃｋｉｎｇｏｆｌｉｎｅｐｉｐｅｓｔｅｅｌｓ［Ｊ］．—Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ，２００４，６Ｏ（３）：２６２２７４．［１Ｏ］ＨＡＳＨＩＺＵＭＥＳＪ．ＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈｌｏｗＣ一１３Ｃｒｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃｓｔａｉｎｌｅｓｓｓｔｅｅｌ［Ａ］．６２ｎｄＮＡＣＥＡｎｎｕａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［ｃ］．Ｈｏｕｓｔｏｎ：Ｏｍｎｉｐｒｅｓｓ，２００７．［１１］周波，崔润炯，刘建中．增强型１３Ｃｒ钢抗ＣＯ２腐蚀套管的研制—ｒＪ］．钢管，２００６，３６（６）：２２２６．——收稿日期：２０１１０５－１３；修订日期：２０１Ｉ－１２０１作者简介：刘亚娟（１９８６一），女，硕士，研究方向：金属腐蚀与防护，联系—地址：北京市昌平区府学路１８号（１０２２４９），Ｅｍａｉｌ：ｌｉｕｙａｊｕａｎ＿ｘｉｎ＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：吕祥鸿（１９７１一），男，博士，副教授，研究方向：油气田腐蚀与—防护，联系地址：西安石油大学材料科学与工程学院（７１００６５），Ｅｍａｉｌ：ｌｘｈｏｎｇ７１＠ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ．ａｎ