超級13Cr不銹鋼在超深超高壓高溫油氣井中的腐蝕

隨著世界石油工業(yè)的發(fā)展，石油工業(yè)向著超深、高溫高壓方向發(fā)展，以及開發(fā)惡劣環(huán)境油氣田(如高溫高壓CO2田、高含H2S油氣田)的需要，油井開采的條件越來越趨苛刻，油井中腐蝕性氣體(如CO2)的含量逐漸上升，含水量也在逐漸增加，所有這些都導致CO2腐蝕越來越嚴重，這使得CO2和H2S腐蝕已成為一個不容忽視的問題。

　　在高含CO2和Cl-環(huán)境下，API13%Cr馬氏體無錫不銹鋼(普通13Cr)具有良好的腐蝕抗力，作為石油管材的應用穩(wěn)定增長。其主要靠添加質量分數12%～14%的Cr在表面形成一定程度的鈍化膜來提高材料的抗CO2腐蝕性能。但是，普通13Cr高溫時的均勻腐蝕、中溫時的點蝕和低溫時的硫化物應力開裂(SSC)成為限制其廣泛應用的主要障礙。鑒于普通13Cr馬氏體無錫不銹鋼在使用中的缺陷，超級13Cr馬氏體不銹鋼材料已經進入油套管市場。該類合金是由普通API5CT13Cr鋼發(fā)展而來的，加入了Ni、Mo、Cu等合金元素。相對于普通13Cr無錫不銹鋼來說，該類材料具有高強度、低溫韌性和改進的抗腐蝕性能的綜合特點，可以在更高溫度、更高CO2分壓腐蝕環(huán)境中使用，并已在國內外各大油氣田廣泛應用。

　　西安石油大學材料科學與工程學院的研究人員通過模擬油田超深超高壓高溫油氣井腐蝕環(huán)境，研究超級13Cr馬氏體無錫不銹鋼管材抗均勻腐蝕、點蝕及電偶腐蝕性能。結果表明：

　　超級13Cr馬氏體無錫不銹鋼的均勻腐蝕速率均未超過0.1mm/a，最大均勻腐蝕速率僅為0.0665mm/a。隨著Cl-濃度的增加，超級13Cr馬氏體不銹鋼的均勻腐蝕速率在氣相環(huán)境中逐漸增大，在液相中變化不大。且在同一溫度下，13Cr馬氏體不銹鋼的氣相均勻腐蝕速率要大于液相均勻腐蝕速率。

　　在高溫高壓CO2腐蝕環(huán)境中，隨著Cl-濃度的升高，超級13Cr馬氏體無錫不銹鋼的點蝕呈上升趨勢并趨于嚴重，在溫度為150℃的氣相環(huán)境中，其最大局部腐蝕速率可達2.1379mm/a，最大局部腐蝕坑深度可達41μm。

　　在小試樣模擬試驗中，P110作為陽極，腐蝕加劇，腐蝕速率增大，在電偶處發(fā)生明顯局部腐蝕，超級13Cr馬氏體不銹鋼作為陰極被保護，腐蝕減緩，腐蝕速率減小。

　　在實物試驗中，P110在電偶處腐蝕比未接觸處嚴重，與未接觸處相比，電偶處發(fā)生嚴重局部腐蝕。超級13Cr馬氏體不銹鋼油管接箍在接觸處和未接觸處均未發(fā)生局部腐蝕，與小試樣模擬結果一致。