油田用特殊黄铜的制备及防腐防垢性能研究

发布时间：2017-03-24 10:10

  本文关键词：油田用特殊黄铜的制备及防腐防垢性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着油气田开发到中后期高含水阶段,油井管和集输管内产生腐蚀和结垢等常见问题,严重危害油气井的正常生产。因此,开展防垢防腐方法研究具有重要的实际意义。铜锌合金具有去除溶液中的余氯和重金属离子、控制微生物的生长和抑制垢的形成等作用,是一种具有广阔应用前景的防垢防腐新材料。通过分析油田采出水产生的结垢和腐蚀,从电化学角度探讨了铜锌合金材料的防垢防腐机理,认为铜锌合金在电解液中析出以Zn2+为主的二价金属阳离子影响了垢的生长、溶解度和晶体结构；此外,铜锌合金提高溶液的pH值,使溶液呈弱碱性,能够减缓CO2和H2S等腐蚀。本文利用熔炼炉制备了含稀土元素的特殊黄铜合金,对特殊黄铜合金的组织结构进行了表征,并模拟油田采出水,实验研究了该合金的防垢防腐性能。结果表明：(1)由表面自由能的计算可知,在600℃退火处理后合金的表面自由能最大,能量最低,且极性分量比铸态提高85.60%,对水等极性分子作用较大,有利于合金与溶液中离子的相互作用。(2)由于稀土的存在,特殊黄铜合金铸态组织主要以等轴晶为主,且铸态和固溶态合金相主要为α相(Cu0.64Zn0.36)，并有少量的第二相Cu3Sn析出,但经过固溶处理后的合金晶粒细化、组织均匀,部分第二相固溶到合金内部,提高了合金的固溶强度。(3)特殊黄铜合金在采出水溶液中发生电化学反应,使经过合金处理的采出水溶液中剩余钙离子浓度比未经合金处理的要高；此外,固溶态特殊黄铜合金组织更加均匀,在采出水溶液中的电化学反应更加剧烈,起到更好的防垢效果。油田采出水溶液中的剩余钙离子浓度和防垢率随着温度的升高而下降,但温度对特殊黄铜合金的防垢效果影响较小；特殊黄铜合金能够使结构稳定的方解石型碳酸钙转变为针状和球状的亚稳态文石型碳酸钙。(4)与经过合金处理相比,没有经过特殊黄铜合金处理的油田采出水溶液对管道钢的腐蚀速率较高,且腐蚀速率随温度的升高而增加,并在50℃达到最大值0.4467g/(m2·h),在去除产物膜后,钢片表面的蚀坑大而深。此外,经过特殊黄铜合金处理的溶液pH值提高,减缓采出水溶液对管道钢片腐蚀,但温度升高,加剧了管道钢片腐蚀；此外,经过特殊黄铜合金处理的油田采出水溶液能够减少管道钢基体表面的点蚀现象。
【关键词】：油田采出水 特殊黄铜合金 防垢防腐蚀 机理分析 管道钢
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TE980.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 选题背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 防垢常用技术10-13
• 1.2.2 防腐蚀常用技术13-14
• 1.2.2.1 阴极保护13
• 1.2.2.2 化学防腐13-14
• 1.2.2.3 涂层防腐14
• 1.3 铜锌合金材料14-16
• 1.4 论文的主要研究内容及技术路线16-18
• 第2章 铜锌合金防腐防垢机理分析18-25
• 2.1 油田结垢机理研究18-20
• 2.1.1 油田水垢形成的理论基础18
• 2.1.2 油田水垢的形成过程18-19
• 2.1.3 油田水垢的主要成分和晶体结构分析19
• 2.1.4 影响油田水垢的因素19-20
• 2.2 铜锌合金防垢机理研究20-22
• 2.3 油田腐蚀问题22
• 2.3.1 二氧化碳腐蚀22
• 2.3.2 细菌腐蚀22
• 2.3.3 硫化氢腐蚀22
• 2.4 铜锌合金防腐机理研究22-24
• 2.4.1 调节溶液PH值控制腐蚀机理23
• 2.4.2 有效减缓CO_2、H_2S腐蚀机理23-24
• 2.5 本章小结24-25
• 第3章 特殊黄铜合金的制备及组织结构研究25-34
• 3.1 特殊黄铜合金的制备及组织结构表征25-27
• 3.1.1 特殊黄铜合金的化学成分设计25-26
• 3.1.2 特殊黄铜合金的熔炼工艺26-27
• 3.2 特殊黄铜合金表面自由能27-30
• 3.3 特殊黄铜合金显微组织分析30-31
• 3.4 特殊黄铜合金结构表征31-32
• 3.5 特殊黄铜合金表面形貌及元素分布32-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第4章 特殊黄铜合金防垢性能的研究34-47
• 4.1 实验方案34-36
• 4.1.1 防垢性能评价方法34-35
• 4.1.2 模拟溶液配置35-36
• 4.1.3 实验药品与仪器36
• 4.2 铸态和退火态合金对防垢的影响36-39
• 4.3 温度对特殊黄铜合金防垢的影响39-42
• 4.4 特殊黄铜合金对水垢晶体结构和形貌的影响42-45
• 4.5 特殊黄铜合金时效分析45-46
• 4.6 本章小结46-47
• 第5章 特殊黄铜合金防腐性能研究47-59
• 5.1 实验方法与设备47-48
• 5.1.1 腐蚀测试方法47-48
• 5.1.2 实验仪器与设备48
• 5.2 静态失重法分析特殊黄铜合金的防腐蚀性能48-52
• 5.2.1 温度对特殊黄铜合金的防腐性能影响48-50
• 5.2.2 N80钢片腐蚀产物膜分析50-52
• 5.3 电化学法分析特殊黄铜合金的防腐蚀性能52-57
• 5.3.1 特殊黄铜合金对溶液PH值的影响52-53
• 5.3.2 不同温度下N80钢片的极化曲线53-56
• 5.3.3 扫描电化学显微镜(SECM)分析特殊黄铜合金的防腐蚀性能56-57
• 5.4 本章小结57-59
• 第6章 结论与展望59-61
• 6.1 结论59-60
• 6.2 展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-67
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果67

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