X65鋼在模擬集輸管道環(huán)境中的腐蝕行為

程遠鵬,李自力,白 羽,劉建國(. 長江大學(xué) 石油工程學(xué)院，武漢 43000； . 中國石油大學(xué)(華東) 儲運與建筑工程學(xué)院，青島 66580)

X65鋼在模擬集輸管道環(huán)境中的腐蝕行為

程遠鵬1,2,李自力2,白 羽1,劉建國2
(1. 長江大學(xué) 石油工程學(xué)院，武漢 430100； 2. 中國石油大學(xué)(華東) 儲運與建筑工程學(xué)院，青島 266580)

通過腐蝕失重、SEM、XRD等方法，研究了X65鋼在模擬集輸管道CO2/油/水環(huán)境中的腐蝕特性。結(jié)果表明：X65鋼腐蝕速率隨流速和CO2分壓升高均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，存在臨界流速和臨界壓力；低于臨界值，基體表面上生成的腐蝕產(chǎn)物疏松多孔、不穩(wěn)定，高于臨界值后形成的產(chǎn)物膜致密、附著力較強，具有一定保護作用；流速增大超過1 m/s會使油膜比較均勻地吸附在試樣表面，減少了腐蝕反應(yīng)活性點，一定程度上保護了基體不被腐蝕，腐蝕速率下降；隨CO2分壓增大，CO2在原油內(nèi)的溶解度增加使原油黏度下降,流動性變好，與基體接觸和吸附的概率增加，對X65鋼的緩蝕作用增強，也會使腐蝕速率下降。

X65鋼；集輸管道；CO2腐蝕；原油；產(chǎn)物膜

CO2氣體普遍存在于石油天然氣開采與運輸過程中，CO2溶解于水中生成的H2CO3會對金屬管材產(chǎn)生很強的腐蝕性，往往造成油氣生產(chǎn)、加工設(shè)施和輸送管道設(shè)備發(fā)生嚴重腐蝕，存在巨大安全隱患[1-2]。目前，室內(nèi)研究油氣管材CO2腐蝕行為時，通常只以純水相體系來模擬現(xiàn)場的腐蝕介質(zhì)，很少考慮原油對腐蝕的影響。而現(xiàn)場實際生產(chǎn)和運輸中的流體往往是油、氣、水等多相混合介質(zhì)，原油是影響管材腐蝕行為的重要因素之一，關(guān)于原油性質(zhì)對金屬材料CO2腐蝕行為的作用與影響，大量研究結(jié)果表明，腐蝕介質(zhì)中的原油具有一定的緩蝕作用，少量原油可以顯著減小CO2腐蝕速率，原油的緩蝕效果受到原油成分及性質(zhì)、水相比例、乳狀液類型及穩(wěn)定性等因素的影響[3]。因此，不考慮原油影響的評價結(jié)果不僅不能如實反映生產(chǎn)現(xiàn)場的腐蝕狀況，還有可能會夸大估量腐蝕程度，造成資金和資源的浪費[4]。

材料的耐蝕性與腐蝕產(chǎn)物膜有著密切關(guān)系，管材表面所形成的腐蝕產(chǎn)物膜決定著腐蝕形態(tài)和腐蝕速率。目前對于油/CO2/水環(huán)境中腐蝕產(chǎn)物膜的演變機理己有研究[4-6]。相關(guān)研究主要針對常壓條件或者高溫高壓苛刻的井下環(huán)境，而對集輸管線在CO2/油/水腐蝕環(huán)境中的研究相對較少，特別是關(guān)于其在CO2/油/水環(huán)境中的腐蝕速率、腐蝕特征、腐蝕形態(tài)以及可能存在的失效形式與腐蝕介質(zhì)影響因素之間的關(guān)系，目前仍然需要進一步深入研究。本工作通過模擬集輸管內(nèi)的CO2/油/水腐蝕環(huán)境，研究了含原油介質(zhì)中流速和CO2分壓對X65鋼腐蝕行為的影響，對腐蝕產(chǎn)物膜進行微觀分析，研究膜的表面形貌、結(jié)構(gòu)特征及物相組成等對腐蝕速率的影響，探討有油存在時，X65鋼CO2腐蝕的特性。

1 試驗

1.1 試樣與試劑

試驗材料為油田集輸常用的X65管線鋼，其化學(xué)成分為：wC0.030%，wSi0.170%，wMn1.510%，wP0.011%，wS0.003%，wNi0.170%，wCu0.040%，wMo0.160%，wN0.006%，wNb0.060%，wAl0.020%，wTi0.010%，余量為Fe。試樣尺寸為40 mm×13 mm×2 mm，試驗前用砂紙(320～1 200號)逐級打磨試樣表面至鏡面，然后用去離子水清洗、無水乙醇脫水、丙酮脫脂，并用吹風機冷風吹干，置于真空干燥器中待用。

腐蝕介質(zhì)為某油田原油和采出水模擬液的混合物，采出水模擬液離子組成如下:K++Na+5 809.48 mg·L-1,Ca2+195.28 mg·L-1,Mg2+124.62 mg·L-1,Cl- 8 702.97 mg·L-1,HCO3-1 005.99 mg·L-1,SO42-427.34 mg·L-1,總礦化度16 265.67 mg·L-1。試驗用油是一種較輕的含硫中間基原油，其基本物理性質(zhì)如表1所示。

表1 試驗用原油的基本物理性質(zhì)Tab. 1 Physical properties of the testing crude oil

1.2 CO2/油/水環(huán)境腐蝕模擬試驗

CO2/油/水腐蝕環(huán)境模擬試驗在容積為3L的FCZ-9.8/200磁力驅(qū)動反應(yīng)釜中進行(試驗裝置見圖1)。本工作采用控制單因素變量的方法，研究在60 ℃、原油含水率為80%(質(zhì)量分數(shù))條件下，原油流速和CO2分壓對X65鋼在腐蝕介質(zhì)中腐蝕行為的影響規(guī)律，試驗條件見表2。

圖1 FCZ-9.8/200磁力驅(qū)動反應(yīng)釜示意圖Fig. 1 Schematic diagram of the magnetic driving reaction kettle

表2 試驗條件Tab. 2 Test conditions

試驗前，向腐蝕介質(zhì)中通入高純CO2除氧2 h，將5個試樣分別裝在聚四氟乙烯夾具上，用硅膠密封試樣非工作表面，然后將原油與采出水模擬液按照試驗油水比裝入反應(yīng)釜中，再用高純CO2除氧2～3 h。向反應(yīng)釜中通入CO2并升溫、升壓直至達到試驗要求，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，試驗時間為24 h。

試驗結(jié)束后，立即取出全部試樣放入石油醚中清洗，然后用無水乙醇脫水、丙酮脫脂。其中3個試樣用清洗液(由500 mL HCl+3.5 g六次甲基四胺+500 mL去離子水配制)去除腐蝕產(chǎn)物。酸洗時清洗液應(yīng)劇烈攪拌，或用木制(或橡膠制)的工具擦磨試樣。酸洗后的試樣立即使用去離子水沖洗，然后放入6%(質(zhì)量分數(shù))NaOH溶液中浸泡，浸泡時間不宜超過1 min。堿洗后的試樣再次使用去離子水沖洗并用定性濾紙吸干，放入無水乙醇中脫水3～5 min，最后用丙酮脫脂、吹風機冷風干燥，用精確度為0.000 1 g的電子天平稱量，使用失重法計算3個平行試樣的平均腐蝕速率。

1.3 腐蝕產(chǎn)物微觀分析

用于表面形貌觀察和產(chǎn)物膜成分分析的2個試樣用石油醚清洗，無水乙醇脫水，丙酮脫脂清洗后，使用掃描電鏡(SEM)觀察試樣表面腐蝕產(chǎn)物膜的微觀形貌，截取部分試樣觀察橫斷面產(chǎn)物膜的結(jié)構(gòu)；采用X射線衍射儀(XRD)分析腐蝕產(chǎn)物膜的物相組成；使用能譜儀(EDS)分析腐蝕產(chǎn)物元素組成。

2 結(jié)果與討論

2.1 流速的影響

2.1.1 平均腐蝕速率

由圖2可見，隨著介質(zhì)流速的增大，腐蝕速率呈現(xiàn)先增大而后減小的趨勢。當介質(zhì)流速≤1.0 m/s時，腐蝕速率隨著介質(zhì)流速的增大而增加，在1.0 m/s時達到最大值，繼續(xù)增大介質(zhì)流速，腐蝕速率大幅度下降。張忠鏵等[7]研究發(fā)現(xiàn)，腐蝕速率取決于管材鋼級和臨界流速，超過此流速，腐蝕速率變化不大或者不再變化。他們認為這與腐蝕產(chǎn)物的形成特征有關(guān)，高流速影響Fe基體的溶解動力學(xué)特性和FeCO3形核速率，生成一層雖薄但更具有保護作用的膜層，所以流速升高腐蝕速率反而降低。據(jù)此觀點，在本試驗中，流速在1.0～2.0 m/s的范圍內(nèi)變化時，X65鋼的腐蝕速率不增反降，1.0 m/s是X65鋼腐蝕的臨界流速。

圖2 60 ℃、pCO2 2.5 MPa,原油含水率為80%時，介質(zhì)流速對X65鋼腐蝕速率的影響Fig. 2The influence of flow velocity on the corrosion rate of X65 steel under the conditions of 60 ℃, pCO2 2.5 MPa,80% water cut

油水混合物在一定條件下會形成乳狀液，如果油相處于連續(xù)狀態(tài)，而水相呈液滴狀分散于油相中，此時原油就可有效地把水包裹起來，阻滯水與金屬表面的接觸和潤濕，從而抑制腐蝕的發(fā)生。原油要形成穩(wěn)定乳狀液會受到眾多因素的影響與制約，例如油水混合物的流速、壓力、溫度和流動環(huán)境以及原油的理化特性等。JEPSON等[8]在室內(nèi)研究了含油量(質(zhì)量分數(shù))為20%～80%的鹽水在不同流動形態(tài)下對管線鋼腐蝕行為的腐蝕。結(jié)果表明，在層流時較低的含油量就可以抑制腐蝕，而在紊流時需要很高的含油量才能有效抑制腐蝕。為保證試驗過程中油水混合均勻而不發(fā)生油水分層現(xiàn)象，試驗前開展不同含水率的油水混合攪拌試驗。結(jié)果表明:在溫度60 ℃、CO2分壓2.5 MPa、不同含水率下采用如下的攪拌方式能夠保證油水混合均勻。攪拌方式為:夾具上方和下方分別安裝一個攪拌槳，且攪拌槳葉片方向相反，流速不低于1.0 m/s。

一般情況下，動態(tài)腐蝕環(huán)境中介質(zhì)流速對腐蝕速率的影響主要體現(xiàn)在以下兩方面[9]：流體流動會破壞腐蝕產(chǎn)物膜的完整性，而且改變腐蝕產(chǎn)物膜的致密度，導(dǎo)致腐蝕速率增加；流動會加快離子傳輸從而使腐蝕速率增大。但是在CO2/油/水環(huán)境中,由于原油的存在，X65鋼腐蝕特性發(fā)生變化。當介質(zhì)流速為0.6～1.0 m/s時，由于流速較低油水混合不均勻，原油在試樣表面不能均勻地吸附和富集，會引發(fā)局部腐蝕[6]，流速的增加將會使HCO3-、H+等去極化劑以更快的速率擴散到試樣表面，使陰極去極化過程增強。試樣表面所生成的腐蝕產(chǎn)物膜比較疏松，在流體的不斷沖刷作用下很容易脫落，從而使腐蝕速率增加，腐蝕速率最大值出現(xiàn)在1.0 m/s附近。當流速超過1.0 m/s時，腐蝕速率大幅下降，這是由于隨著流速的增大，腐蝕產(chǎn)物晶粒逐漸變得細小，晶體間堆垛變得緊密，產(chǎn)物膜層變得致密，對腐蝕性離子的傳輸能夠起到阻礙作用，見圖3。腐蝕性離子的傳輸受到已形成的表面膜的阻礙，避免了金屬與介質(zhì)的直接接觸，對金屬起到了保護作用[10]，另外，當流速增大超過1.0 m/s時，攪拌槳對腐蝕介質(zhì)的攪拌作用增強，能夠使油膜比較均勻穩(wěn)定地覆蓋在試樣表面，減少了試片表面腐蝕反應(yīng)活性點，一定程度上保護金屬不被腐蝕，其機理主要是幾何覆蓋效應(yīng)[11-13]，因此，在流速和原油的共同作用下，腐蝕速率不增反降。

2.1.2 產(chǎn)物膜微觀形貌

X65鋼在60 ℃、CO2分壓2.5 MPa、含水率80%，不同流速下腐蝕產(chǎn)物膜的表面和截面SEM形貌分別如圖3和圖4所示。由圖3可見:低流速時(0.60 m/s)形成的腐蝕產(chǎn)物較為疏松，與試樣表面的結(jié)合力較差;增大流速后，由于介質(zhì)的沖刷作用，腐蝕產(chǎn)物膜遭到破壞，試樣表面局部區(qū)域出現(xiàn)臺地狀腐蝕，且臺地腐蝕邊緣的延伸方向與介質(zhì)流動方向幾乎一致，X65鋼腐蝕以局部腐蝕形態(tài)為主，此流速下形成的產(chǎn)物膜非常疏松而且不穩(wěn)定，晶體間結(jié)合也不緊密，存在一定空隙;繼續(xù)增大流速到1.0 m/s，不連續(xù)的臺地腐蝕坑連結(jié)成片，局部腐蝕特征十分明顯，這可能是由于流速升高流體產(chǎn)生的剪切力增大，將結(jié)合力差的腐蝕產(chǎn)物從基體上剝離，在高剪切力的持續(xù)作用下，脫落的腐蝕產(chǎn)物膜很難快速修復(fù)。一方面，在沒有腐蝕產(chǎn)物膜覆蓋的臺地腐蝕底部，裸基體與腐蝕產(chǎn)物膜覆蓋的基體之間存在電位差，形成了電偶腐蝕;另一方面，腐蝕介質(zhì)通過擴散穿過疏松腐蝕產(chǎn)物中的孔隙侵蝕基體從而誘發(fā)點蝕，新的點蝕坑萌生并逐漸長大。隨著反應(yīng)進行小點蝕坑邊緣逐漸擴大，蝕坑之間相互交叉，最終連結(jié)形成一整塊深度一致、面積更大的臺地腐蝕形貌，產(chǎn)物膜遭到嚴重破壞幾乎喪失保護作用，基體表面大面積裸露于腐蝕介質(zhì)中。

(a) 0.60 m/s (b) 0.75 m/s

(c) 1.0 m/s (d) 1.5 m/s

(e) 2.0 m/s圖3 不同介質(zhì)流速條件下X65鋼腐蝕產(chǎn)物膜微觀形貌Fig. 3 Micro-morphology of corrosion scales of X65 steel at different flow velocities

(a) 1.0 m/s (b) 1.5 m/s

(c) 2.0 m/s圖4 不同介質(zhì)流速條件下X65鋼腐蝕產(chǎn)物膜截面形貌Fig. 4 Cross-section morphology of the corrosion scales of X65 steel at different velocities

介質(zhì)流速為1.5～2.0 m/s時，隨著流速的增大，腐蝕形態(tài)仍以局部腐蝕為主，但是腐蝕產(chǎn)物晶粒逐漸變得細小，晶體間堆垛變得緊密，腐蝕產(chǎn)物膜變得致密，與基體結(jié)合力變強。這是由于在流體的高速攪拌作用下，F(xiàn)e2+的生成速率加快，加速了腐蝕產(chǎn)物的產(chǎn)生，促進了致密、結(jié)合力強的保護性產(chǎn)物膜的形成。當試片表面被完整、致密的腐蝕產(chǎn)物膜覆蓋時，腐蝕介質(zhì)通過產(chǎn)物膜孔隙的傳輸過程受到了阻礙，同時高流速也能促使油膜依靠幾何覆蓋效應(yīng)均勻地吸附在試樣表面上[14]，減少了腐蝕反應(yīng)活性點，起到了一定的緩蝕作用。因此，當介質(zhì)流速繼續(xù)增大，腐蝕速率卻不再上升反而逐漸下降。

2.1.3 產(chǎn)物膜XRD分析

由圖5可見，不同流速條件下生成的腐蝕產(chǎn)物成分有所不同，低流速時，腐蝕產(chǎn)物主要是由FeCO3+Fe3C組成，高流速時的腐蝕產(chǎn)物主要是Fe3C+Ca(Fe,Mg)(CO3)2復(fù)鹽。腐蝕產(chǎn)物中的Fe3C往往是由于X65鋼基體在溶解過程中鐵素體率先溶解，在基體表面殘留滲碳體組織，以骨架形式保留下來在鋼表面堆積。高流速提高了腐蝕反應(yīng)的物質(zhì)交換速率，使溶液中的Ca2+、Mg2+以更快的擴散速率到達試片表面，參與了FeCO3的沉積過程，最終生成Ca(Fe,Mg)(CO3)2復(fù)鹽。

(a) 1.0 m/s

(b) 2.0 m/s圖5 不同流速時X65鋼產(chǎn)物膜X射線衍射圖譜Fig. 5 X-ray diffraction patterns of corrosion scales on X65 steel at different velocities

2.2 CO2分壓的影響

2.2.1 平均腐蝕速率

由圖6可見，隨著CO2分壓的增大，X65鋼腐蝕速率出現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，CO2分壓為0.5～2.0 MPa時，腐蝕速率隨CO2分壓的升高呈現(xiàn)增大的趨勢，且在CO2分壓為2.0 MPa時達到最大。當CO2分壓超過2.0 MPa以后，腐蝕速率有所下降。針對金屬表面無產(chǎn)物膜生成的情況，大量研究表明[15-16]，金屬的腐蝕速率會隨著CO2分壓的升高而變大。高CO2分壓時，介質(zhì)中溶解的H2CO3濃度高，溶液中電離的H+濃度也必然很高[17]，CO2分壓越大，pH越低，腐蝕速率也越快。但隨著CO2分壓升高，反應(yīng)持續(xù)發(fā)生，金屬材料表面會覆蓋一層腐蝕產(chǎn)物膜，并且隨著反應(yīng)的進行膜層逐漸變厚，當致密度達到一定程度時就會對基體材料提供保護，從而減緩腐蝕。當金屬表面被腐蝕產(chǎn)物膜覆蓋以后，此時腐蝕速率主要受腐蝕產(chǎn)物膜的控制[2]，SCHMITT認為CO2分壓與溫度一樣是腐蝕產(chǎn)物膜形成的函數(shù)，當溫度<40 ℃，CO2分壓<0.5 MPa時，試樣表面的腐蝕產(chǎn)物膜疏松，此時腐蝕速率較高；當溫度>40 ℃，CO2分壓>1 MPa時，會形成比較致密的腐蝕產(chǎn)物膜，對基體金屬的保護性提高，腐蝕速率反而較小。

圖6 60 ℃,介質(zhì)流速2.0 m/s,原油含水率為80%時,CO2分壓對X65鋼腐蝕速率的影響Fig. 6 The influence of CO2 partial pressure on corrosion rate of X65 steel under the conditions of 60 ℃,2 m/s,80% water cut

另外，隨著pCO2的升高,CO2在原油內(nèi)的溶解度增大，使原油黏度下降流動性增強，與基體接觸、吸附的概率增大，同時，2 m/s的高流速也能促使油膜比較均勻地吸附在試樣表面上，減少了腐蝕反應(yīng)活性點，對X65鋼的保護作用增強，也會使腐蝕速率下降。

通過以上分析可以看出， X65鋼的腐蝕速率在CO2分壓為2.0 MPa時出現(xiàn)臨界值，達到臨界值以后，CO2分壓繼續(xù)增大,生成了較致密產(chǎn)物膜加上溶氣原油的緩蝕作用對金屬基體能夠起到一定的保護作用，使得腐蝕速率反而有所下降。

2.2.2 產(chǎn)物膜微觀形貌

由圖7可見:X65鋼在低CO2分壓(0.5 MPa)條件下的腐蝕產(chǎn)物比較完整均勻地覆蓋在整個試片表面上，發(fā)生全面腐蝕;隨CO2分壓的升高，腐蝕形態(tài)由全面腐蝕變?yōu)榫植扛g，在1.0 MPa時腐蝕產(chǎn)物膜比較疏松，局部產(chǎn)物膜脫落不再完整，表面凹凸不平發(fā)生了臺地腐蝕;當CO2分壓繼續(xù)升高至1.5 MPa時，試片表面腐蝕產(chǎn)物膜脫落加劇，并且在產(chǎn)物膜脫落位置出現(xiàn)點蝕凹坑和孔隙，出現(xiàn)了比較嚴重的局部腐蝕。CO2分壓繼續(xù)升高至2.0 MPa，腐蝕介質(zhì)中溶解的CO2含量增加，根據(jù)電離平衡，H2CO3的電離過程及CO2水合過程均得到促進，腐蝕產(chǎn)物生成量急劇增加，以致于將局部產(chǎn)物膜脫落的位置重新覆蓋，腐蝕速率增大。

由圖8可見:隨著CO2分壓的升高，腐蝕產(chǎn)物膜的晶粒尺寸逐漸變小，表明晶粒的形核率由于腐蝕過程加快而增加，導(dǎo)致高CO2分壓時腐蝕產(chǎn)物結(jié)晶速率加快，不僅堆垛的晶粒尺寸減小，而且晶粒形態(tài)和堆垛方式也發(fā)生了改變。X65鋼試樣在低CO2

(a) 0.5 MPa (b) 1.0 MPa

(c) 1.5 MPa (d) 2.0 MPa

(e) 2.5 MPa圖7 不同CO2分壓時X65鋼腐蝕產(chǎn)物膜微觀形貌Fig. 7 Micro-morphology of corrosion scales of X65 steels under different CO2 partial pressures

分壓時腐蝕反應(yīng)速率較小，介質(zhì)中Fe2+含量較低，腐蝕產(chǎn)物晶粒形核速率也低，生成的晶粒尺寸較大。CO2分壓升高導(dǎo)致腐蝕溶液中CO2濃度增加促進了H2CO3的電離，從而使CO32-和H+等離子含量升高。由于陰極去極化反應(yīng)速率加快，陽極的基體溶解也得到了促進，腐蝕介質(zhì)中Fe2+含量增加，導(dǎo)致[CO32-]×[Fe2+]溶度積迅速增大，此時腐蝕產(chǎn)物的形核速率遠遠大于生長速率，使生成的腐蝕產(chǎn)物膜晶粒變得細小。腐蝕產(chǎn)物膜與基體的結(jié)合強度、硬度等力學(xué)性能同樣受到FeCO3生成速率的影響，在高分壓條件下，腐蝕產(chǎn)物膜雖然比較致密，但是膜與基體的結(jié)合力較弱。結(jié)合圖7可以發(fā)現(xiàn)，高CO2分壓條件下，腐蝕產(chǎn)物膜局部脫落嚴重，局部腐蝕發(fā)生，從而導(dǎo)致腐蝕速率增大。

(a) 0.5 MPa (b) 1.5 MPa

(c) 2.0 MPa (d) 2.5 MPa圖8 X65鋼表面腐蝕產(chǎn)物膜高倍放大SEM照片F(xiàn)ig. 8 High magnification SEM photos of the X65 steel surface product film

當CO2分壓為2.5 MPa時，形成的腐蝕產(chǎn)物膜更加致密，晶粒更加細小，有效阻礙了腐蝕介質(zhì)與試片基體的接觸，產(chǎn)物膜的保護性增強，一定程度上抵消了CO2分壓增大對腐蝕產(chǎn)物膜的影響，腐蝕速率反而降低了。

2.2.3 產(chǎn)物膜XRD分析

由圖9可見，不同CO2分壓條件下形成的腐蝕產(chǎn)物基本相同，都主要是由FeCO3組成。高CO2分壓下FeCO3含量增多，衍射峰十分明顯。這是由于隨著CO2分壓增加，一方面CO2在腐蝕介質(zhì)中的溶解度增加，介質(zhì)的pH降低，腐蝕加??；另一方面腐蝕產(chǎn)物形成速率增大，形成的腐蝕產(chǎn)物膜逐漸增厚而且變得致密，產(chǎn)物膜比較完整，保護性增強，腐蝕速率大幅度下降，以至于CO2分壓為2.5 MPa時,XRD分析僅檢測到FeCO3的存在而未出現(xiàn)基體Fe峰。

3 結(jié)論

(1) 隨著介質(zhì)流速的增大，X65鋼的腐蝕速率出現(xiàn)先增大而后減小的趨勢，在1.0 m/s時達到最大值。流速較低時，油水混合不均勻，原油不能在鋼表面均勻吸附，可能會引發(fā)局部腐蝕，形成的產(chǎn)物膜疏松易脫落，流速增大會加快腐蝕性離子的擴散速率和基體的活化溶解，去極化作用增強，使腐蝕速率增加。流速增大超過臨界值后，在高流速攪拌作用下成膜時間縮短，生成致密、結(jié)合力強的產(chǎn)物膜。

(2) 流速超過1 m/s會使油膜比較均勻地吸附在X65鋼表面上，減少了腐蝕反應(yīng)活性點，一定程度上保護了鋼表面不被腐蝕，腐蝕速率開始下降。

(a) 0.5 MPa

(b) 2.5 MPa圖9 不同CO2分壓時X65鋼產(chǎn)物膜X射線衍射圖譜Fig. 9 X-ray diffraction patterns of corrosion scales of X65 steel under different partial pressures

(3) 隨著CO2分壓的升高，X65鋼的腐蝕速率出現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在2.0 MPa時達到最大值。CO2分壓升高時，介質(zhì)中溶解的H2CO3增加，pH降低，去極化反應(yīng)加速，腐蝕速率也加快。生成的腐蝕產(chǎn)物表面凹凸不平比較疏松，局部產(chǎn)物膜脫落嚴重，主要發(fā)生局部腐蝕；CO2分壓升高也加速了腐蝕產(chǎn)物FeCO3的沉積速率，使產(chǎn)物膜晶粒的形核率大大增加，導(dǎo)致生成的腐蝕產(chǎn)物膜更加致密、晶粒更加細小，超過臨界值以后，鋼表面被保護性產(chǎn)物膜覆蓋時，對金屬基體起到了保護作用。

(4) 隨著CO2分壓的升高，CO2在原油內(nèi)的溶解度增加，使原油黏度下降流動性變好，原油與帶有產(chǎn)物膜的鋼基體接觸、吸附的概率增加，保護作用增強，也會使X65鋼的腐蝕速率下降。

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Corrosion Behavior of X65 Steel in Simulated Gathering Pipeline Environment

CHENG Yuanpeng1,2, LI Zili2, BAI Yu1, LIU Jianguo2
(1. College of Petroleum Engineering, Yangtze University, Wuhan 430100, China;2. College of Pipeline and Civil Engineering, China University of Petroleum, Qingdao 266580, China)

The corrosion behavior of X65 steel in the CO2/oil/water environment in gathering pipeline was investigated by mass loss method, SEM and XRD. The results show that the corrosion rate of the X65 steel increased at first and then decreased with the increase of flow rate and CO2pressure, and critical velocity and critical pressure existed, below the critical value, the corrosion products formed on the steel surface were loose, porous and unstable, higher than the critical value, the product films were dense and had strong adhesion with a certain protective effect. When the flow rate increased to more than 1 m/s, the oil film adsorbed on the sample surface more evenly, the active points of corrosion reaction were reduced and the substrate was protected from being corroded, thus the corrosion rate decreased. With the increase of CO2partial pressure, the solubility of CO2in crude oil increased, the viscosity of crude oil decreased, the mobility of the crude oil became better and the probability of oil film adsorption increased, these factors led to the reinforcement of corrosion inhibition to X65 steel, and the corrosion rate decreased.

X65 steel; gathering pipeline; CO2corrosion; crude oil; product scale

2016-10-12

國家自然科學(xué)基金項目(51301201)

李自力(1963-)，教授，博士生導(dǎo)師，從事油氣儲運設(shè)備腐蝕理論與防護技術(shù)方面的研究工作，cygcx@163.com

10.11973/fsyfh-201707006

TG172.9

A

1005-748X(2017)07-0510-07

試驗研究