四種不同油管材質(zhì)在15%HCl溶液中的腐蝕行為研究

侯軍剛 關文韜 程飛 韓利寶 李建 盧曉輝

摘 要：通過失重法、動電位極化掃描、交流阻抗測試方法研究了四種材質(zhì)HP13Cr、13Cr、P110、N80在15%HCl溶液中的腐蝕行為。試驗結(jié)果表明，四種不同油管材質(zhì)在15%HCl溶液中的失重與電化學（極化、阻抗）研究結(jié)果是一致的。其腐蝕速率大小依次為：P110﹤HP13Cr﹤N80﹤13Cr。

關鍵詞：油管鋼；鹽酸；電化學

1 前言

酸化是用酸液處理油氣層，以恢復或增加油氣層滲透率，實現(xiàn)油氣井增產(chǎn)增注的一種技術，是目前國內(nèi)外最常用的增產(chǎn)措施之一[1]。隨著酸化工藝的發(fā)展，國內(nèi)外在油井和氣井酸化施工過程中使用的酸液種類也越來越多。合理使用酸液，對酸化處理增產(chǎn)效果起著重要作用。而通常使用頻率最高的酸化溶液有HCl，HF等。這些酸性溶液通過管道泵送注入到地層中，在地層中這些酸性物質(zhì)與地層巖石接觸作用，增加了油氣的滲透率[2-5]。本文通過研究四種不同材質(zhì)HP13Cr、13Cr、P110、N80四種材質(zhì)在15%HCl溶液中的腐蝕行為，以期為酸化施工提供有力的幫助。

2 試驗方法

2.1 儀器和試劑

失重法的實驗裝置采用美國Cortest 的靜-動態(tài)高溫高壓釜，容積5升，最高溫度350℃， 最高壓力340atm，最高轉(zhuǎn)速800轉(zhuǎn)/秒（合計4.0m/s）。電化學測試由EG&G公司的M237A恒電位儀和M5210鎖相放大器完成；輔助電極選用大面積石墨電極， 銀/氯化銀電極為參比電極。

2.2 實驗步驟

失重法所用材質(zhì)為取自HP13Cr、13Cr、P110、N80油管的掛片（50×10×3mm）試樣，實驗前，工作電極用SiC水砂紙逐級打磨至800號，用蒸餾水清洗，丙酮除油、乙醇脫水，放入干燥器中干燥，稱重，精確至±1mg。試樣材質(zhì)化學成分見表1。

然后將配置好的酸溶液，加入到試驗容器中，在升溫至 90℃，保持4小時后。實驗結(jié)束后，取出試樣，用鹽酸清洗液、丙酮、乙醇溶液依次清洗，稱重，并計算腐蝕速率。

電化學工作電極材質(zhì)為取自HP13Cr、13Cr、P110、N80油管鋼的圓片狀試樣，實驗面積為0.785 cm2。實驗前，工作電極用SiC水砂紙逐級打磨至800號，用蒸餾水清洗，丙酮除油、乙醇脫水，烘干待用。膜的Mott2Schottky曲線測試所采用的頻率范圍為5 mHz～20 kHz，阻抗測量信號幅值為10 mV正弦波，電位掃描區(qū)間為-0.5～0.5 V（相對自腐蝕電位），掃描速率為40 mV / s。實驗在 90±2 ℃下進行。

實驗所用介質(zhì)是由分析純試劑和蒸餾水配制組成的15%（w%）HCl溶液。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 失重分析

在90 ℃、常壓下，用失重法在15%的鹽酸中測試了四種油管材質(zhì)13Cr、HP13Cr、N80、P110的腐蝕速率，結(jié)果見表2。由表2可看出，四種油管材質(zhì)的腐蝕速率大小依次為P110

3.2 電化學分析

3.2.1 極化曲線

①不同材料中緩蝕劑PCP失重及極化結(jié)果

在試驗溫度為90 ℃、鹽酸濃度為15%條件下，四種材質(zhì)13Cr、HP13Cr、N80、P110的極化曲線對比見圖1、極化分析結(jié)果見表3，四種材料在酸液的腐蝕速率大小順序依次為P110﹤HP13Cr﹤N80﹤13Cr。

由圖1及表2、表3自腐蝕電流密度的變化可以看出，由動電位極化曲線測得的四種材料的腐蝕速率與由失重法測得的結(jié)果一致。

②不同材質(zhì)的阻抗結(jié)果與討論

在試驗溫度為90 ℃、鹽酸濃度為15%條件下，四種不同材質(zhì)的阻抗對比見圖2、分析結(jié)果見表4。

由阻抗分析結(jié)果可知，極化電阻按由小到大的順序排列均為：13Cr﹤N80﹤HP13Cr﹤P110。這說明在15%HCl溶液中，P110耐腐蝕性最強，而13Cr最差；阻抗分析結(jié)果與失重和極化結(jié)果一致。

4 結(jié)論

四種油管鋼材質(zhì)HP13Cr、13Cr、P110、N80在鹽酸溶液中均發(fā)生嚴重腐蝕。通過失重和電化學（極化、阻抗）測試，結(jié)果一致。在試驗溫度為90 ℃、鹽酸濃度為15%條件下，四種油管鋼材質(zhì)的腐蝕速率大小依次為P110﹤HP13Cr﹤N80﹤13Cr。

參考文獻：

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