油田集输管线腐蚀机理及防护涂层研究

发布时间：2020-04-13 10:27

【摘要】：在石油天然气的开发过程中,设备的腐蚀是最常见的一种破坏形式,已对石油工业造成严重损失,尤其是目前很多油田都属于中后期开发,腐蚀环境日益恶劣,不但含有CO_2、H_2S等腐蚀性气体和腐蚀性细菌,同时原油含水量、地层水及油田污水中矿化度也逐渐增加,腐蚀现象日益严重。因此,需要对油田的腐蚀机理及防腐蚀方法进行详尽研究以减缓腐蚀的发生。本文通过对油田集输管线腐蚀气体、水质矿化度情况调查研究,结合实验室细菌培养和垢下腐蚀模拟实验,利用失重试验、动电位极化曲线、丝束电极、电化学噪声测试技术结合腐蚀形貌的观察,发现其腐蚀类型为CO_2/H_2S混合控制类型的沉积物下的腐蚀,该类腐蚀除了受矿化度、腐蚀性气体的影响外,还受到管线高程差的影响;利用统计分析研究了油田单井管线的腐蚀原因,发现盐水扫线工艺是引起单井管线腐蚀的原因,该类腐蚀受到沉积物下腐蚀和溶解氧的双重作用。采用多频管中电流法、馈电试验技术、探坑法对某原油管线的防腐层状况进行评价,发现防腐层存在多处老化和失效现象。通过红外光谱、扫描电镜和土壤宏观形貌测试及分析发现:管线熔结环氧粉末防腐层在涂层微观缺陷、环境水浸泡、运行温度等诸多因素的交互作用下,导致部分管段涂层提前失效。针对该管线防腐涂层,建立了熔结环氧粉末防腐涂层老化失效数学模型,并对部分在役管段使用寿命提出预警及修复建议。针对在役集输管线涂层存在的防腐性能下降或趋临失效的问题,设计制备可在线修复的液态修复涂料。通过附着力、接触角、XPS等测试发现添加活性树脂可大幅提升涂层在金属界面的附着力,其主要原因是活性树脂与钢表面的羟基形成了牢固的化学键合。通过对涂层进行拉伸、附着力、吸水率、接触角等综合测试结果表明,填料经过键合改性后在涂层中的分散性得到明显改善,涂层的机械性能、附着力、阻滞能力得到提高,对水的浸润性降低。盐雾、电化学交流阻抗结果表明涂层中的键合填料-树脂的界面亲和性提高,使涂层腐蚀产物扩散行为消失,实现了树脂-填料、涂层-金属界面的化学键合,将结合方式从物理吸附(结合能在2~40 KJ/mol)变为化学键合(结合能在10~2~10~3KJ/mol),显著提高了涂层内两类“无机—有机界面”的结合强度,解决了树脂与填料、涂层与金属界面间的关键问题,提升了涂层对金属基体的防腐蚀能力。
【图文】：

金相,金相组织,铁素体,主要化学成分

第 2 章实验材料及方法用金属材料分为 20#钢和 Q235 钢，其中化学成分表 2.1 20#钢的主要化学成分(wt. %)Table 2.1 Chemical compositions of 20#steel (wt. %Si Mn P S.220.31≤0.300.560.3~0.60.033≤0.0450.032≤0.05试样，首先对试样进行金相打磨预处理，然后光后的试样进行刻蚀处理，最后用金相显微镜对得到 20#钢的金相显微组织图，见图 2.1 所示。观组织为铁素体+珠光体，图中白色基体是铁素体，

分布情况,丝束电极,极丝,测试装置

面电位、电流的分布情况，从而分析涂层下或裸露涂层下金属材料表面的腐蚀分布状态、非均匀电化学腐蚀的过程状况。丝束电极以及极丝束电极测试装置见图2.2所示，采样频率按照1/36Hz的频率设置，，循环次数按照为 36 次设置。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE988.2

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