高壓耐腐蝕性采油機械材料研究

胡萬福 賀 勇 梁志宏

（1.華北油田公司采油二廠物資裝備中心 河北廊坊 065703；2.華北油田公司物資裝備部 河北任丘 062552； 3.華北油田公司采油五廠資產(chǎn)裝備中心 河北石家莊 052360）

1 前言

近年來，機械采油方法使得油井產(chǎn)量不斷增加，從而保證了油田的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)。目前機械采油主要應(yīng)用于油田的三次采油時期，而逐年升高的油田綜合含水，使其對各系統(tǒng)管道、容器的耐腐蝕性提出了更嚴(yán)格的要求，原先涂料防腐已不能滿足油田三次采油的需要。因此，對高壓情況下的耐腐蝕性能好、壽命長的機械采油金屬材料進行研究非常必要。

由于其耐腐蝕性和極佳的物理性能，目前不銹鋼等金屬材料已經(jīng)被用于機械采油。為了研究不銹鋼等金屬材料在油田上的適用范圍，利用實驗分析方法，針對普通含油污水、含聚污水、聚合物驅(qū)溶液和三元復(fù)合驅(qū)溶液等試驗介質(zhì)，采用室內(nèi)靜態(tài)腐蝕掛片法，對304型不銹鋼、316型不銹鋼、鍍鋅鐵皮及A3鋼的防腐性能進行研究，為高壓耐腐蝕性機械采油金屬材料在油田中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

2 試驗方法

本試驗嚴(yán)格按照GB10124—88標(biāo)準(zhǔn)《金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸試驗方法》進行。

2.1 試樣的制備

（1）試樣的數(shù)量

每種試樣各準(zhǔn)備60片，分別放入4種介質(zhì)中，每種介質(zhì)放15片，間隔不同時間分5次測試，每次取3片。

（2）試樣的形狀和尺寸

采用板狀試樣，外型尺寸（l×b×h）：50×25×(2～5)mm。

（注：304型不銹鋼，316型不銹鋼及鍍鋅鐵皮選用實際應(yīng)用材料進行試驗，厚度分別為0.471mm，0.492mm，0.516mm）

（3）試樣的切取及表面處理

為了保證試樣具有代表性，試樣從整塊鋼板的中心處切取。試樣表面用120號粒度的水砂紙進行打磨，每次打磨到上一次打磨痕跡看不見為止，并且同一張砂紙只能磨同一種材料的試樣。

（4）試樣的脫脂除污、干燥、稱重

將表面處理過的試樣及時用水、洗滌劑等充分去油并洗滌，然后用丙酮、酒精等試劑脫脂洗凈，迅速干燥后放于干燥器內(nèi)，放置24h后再測量面積和稱重，試樣表面積的計算應(yīng)準(zhǔn)確到1%，稱重時應(yīng)精確到0.1mg。

2.2 試驗條件

實驗介質(zhì)：普通含油污水、含聚污水、聚合物驅(qū)溶液和三元復(fù)合驅(qū)溶液；

溶液溫度：21±1°C；

溶液體積：溶液的用量為1cm2試樣表面積不少于20mL，本實驗每組15個試片(50mm×25mm)采用10t溶液，符合標(biāo)準(zhǔn)要求；

腐蝕產(chǎn)物的清除：試樣取出后，先用水沖洗，然后用毛刷和橡皮等擦去腐蝕產(chǎn)物。

2.3 試驗結(jié)果的表示

采用腐蝕速度作為試驗結(jié)果的表達形式，腐蝕速度計算公式如下：

式中：R——腐蝕速度，mm/a；

M——試驗前的試樣質(zhì)量，g；

Mt——試驗后的試樣質(zhì)量，g；

S——試樣的總面積，cm2；

T——為試驗時間，h；

D——為材料的密度，kg/m3。

3 實驗結(jié)果及分析

通常金屬均勻腐蝕的評定標(biāo)準(zhǔn)有兩種，即十級標(biāo)準(zhǔn)和三級標(biāo)準(zhǔn)。本實驗采用均勻腐蝕十級標(biāo)準(zhǔn)（表1）來對金屬的腐蝕性進行評價。

表1 均勻腐蝕十級標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)室內(nèi)腐蝕速度測試結(jié)果，參照均勻腐蝕十級標(biāo)準(zhǔn)，對4種金屬材料在不同介質(zhì)中的腐蝕速度進行評價，評價結(jié)果見表2。

表2 金屬材料在不同介質(zhì)中的腐蝕速度測試及評價表

從表2可以看出：304型及316型不銹鋼有較強的耐蝕性，在普通污水、含聚污水、聚合物溶液及三元復(fù)合驅(qū)溶液中，腐蝕速度＜0.0001mm/a，耐蝕等級為1級，屬于完全耐蝕；A3鋼及鍍鋅鐵皮耐蝕性差一些，耐蝕等級為4或5級，屬于耐蝕和尚耐蝕，但A3鋼在三元復(fù)合驅(qū)溶液中有較強的耐蝕性，腐蝕速度為0.0004mm/a，耐蝕等級為2級，屬于很耐蝕。因此，針對不銹鋼、A3鋼及鍍鋅鐵皮，普通污水、含聚污水、聚合物溶液及三元復(fù)合驅(qū)溶液均屬于弱腐蝕性溶液。

根據(jù)測試結(jié)果，金屬材料的腐蝕速度都存在隨著時間的延長而降低這一現(xiàn)象。對于A3鋼及鍍鋅鐵皮來說，由于金屬材料在浸泡過程中，逐漸形成一層稍具緩蝕性的腐蝕膜(三氧化二鐵等腐蝕產(chǎn)物)，這層膜部分地阻礙了氧向未腐蝕金屬表面的擴散，從而降低了金屬的腐蝕速度；對于304型及316型不銹鋼來說，由于不銹鋼中含有鉻，合金腐蝕時，依靠鉻的易鈍化性能形成一層非常薄的保護膜，阻止了陽極反應(yīng)的進行，使不銹鋼在介質(zhì)中處于完全耐蝕狀態(tài)。同時，根據(jù)A3鋼在4種介質(zhì)中腐蝕速度可以推斷其介質(zhì)的腐蝕性依次是(由強到弱)：含聚污水、普通污水、聚合物溶液、三元復(fù)合驅(qū)溶液。

4 結(jié)論與認(rèn)識

本文以機械采油材料為研究對象，以實驗分析為研究方法，重點研究了耐腐蝕性和物理性能極佳的304型不銹鋼、316型不銹鋼、鍍鋅鐵皮及A3鋼在不同腐蝕介質(zhì)中的耐腐蝕性能。結(jié)果表明：304型及316型不銹鋼具有較強的耐蝕性，在普通污水、含聚污水、聚合物溶液及三元復(fù)合驅(qū)溶液等4種介質(zhì)中，腐蝕速度＜0.0001mm/a，耐蝕等級為1級，屬于完全耐腐蝕，能夠滿足這4種介質(zhì)的耐蝕性要求，可以作為機械采油的高壓耐腐蝕性材料。另外，金屬材料的腐蝕速度都會隨著時間的延長而降低。

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