高温高含硫井口防喷器用718耐蚀合金的应用研究

发布时间：2020-11-03 06:39

　　 井控设备是对油气井实施压力控制,对事故进行预防、监测、控制,实现安全钻井的可靠保证,尤其是防喷器在控制井喷时发挥着重要作用。选用整体性能表现优良的镍基合金作为井口装置用材一定程度上满足高酸性油气田开发需要,但随着腐蚀环境日趋苛刻,材料在高温高含硫环境中的耐蚀性仍值得探讨。本文在国内外镍基合金相关应用研究调研基础上,首先对镍基合金718在高温高含H_2S/CO_2的模拟油田地层产出水环境中腐蚀规律以及腐蚀行为特征进行了研究。结果表明,在四种不同腐蚀环境中,镍基合金718腐蚀轻微且表现出均匀腐蚀特征,升高温度或者是增大H_2S/CO_2分压比,试样的腐蚀速率略有增加,变化不明显。在模拟最苛刻腐蚀条件下,经过720h的腐蚀,四点弯曲SCC试样未发生断裂,缝隙腐蚀试样局部特征不明显且失重很小,表现出良好的抗应力腐蚀和缝隙腐蚀能力。其次,对未腐蚀试样和经苛刻条件腐蚀后试样表面钝化膜进行XPS深度溅射表明,腐蚀前钝化膜是一个具有双极性的薄膜,由两层构成,表层主要为Ni、Cr的氢氧化物和氧化物,内层主要为Ni、Cr的氧化物。腐蚀后,钝化膜外层存在大量金属硫化物,过渡层以Ni、Cr的氢氧化物为主,内层为金属氧化物及其对应的金属单质。膜层结构向硫化物的转变,加重了镍基合金718的腐蚀。最后,对镍基合金718在模拟高含H_2S/CO_2腐蚀条件下进行了极化曲线、动电位循环极化曲线及交流阻抗谱测试。无缝隙镍基合金718试样的电化学测试结果表明,相较于单独的CO_2腐蚀体系,H_2S的加入造成钝化膜稳定性下降,极化曲线出现多次活化-钝化转变,交流阻抗曲线的拟合结果也表明,H_2S的存在使得极化电阻减小,活性离子穿过钝化膜所产生的阻力下降,保护性能降低。缝隙腐蚀试样的电化学测试结果表明,在H_2S/CO_2共存腐蚀体系中,不同温度条件下的循化极化曲线均相交于阳极极化区,显示良好的钝化和再钝化能力,且随温度升高,EIS图谱拟合的容弧抗半径逐渐减小,缝隙腐蚀敏感性增加;对比仅含CO_2和仅含H_2S条件下的循环极化曲线发现,溶液中高含量CO_2的存在增大合金的缝隙腐蚀倾向,而在H_2S腐蚀体系中718合金的封闭滞后环面积则很小,显示较强耐蚀能力,同时H_2S环境中的腐蚀极化电阻大于CO_2腐蚀条件下的极化电阻。
【学位单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TE921.5;TG133.4
【部分图文】：

同时利用SEM、XPS等现代测试分析技术对镍基合金 718 腐蚀后形貌、钝化膜成分、构特征等进行分析。本章主要对材料、腐蚀条件、测试内容及方法等进行介绍，旨在为镍基合金 718 在高酸性油气井的应用提供试验依据。2.1 试验材料2.1.1 试样材料成分与显微组织本试验采用固溶+时效处理的镍基合金 718 管材，其化学成分如表 2-1 所示，其金显微组织及夹杂物如图 2-1 所示。表 2-1 材料的化学成分(wt%)Table 2-1 Chemical composition of testing materials(wt%)C Si Mn P S Cr Mo Ni Fe0.033 0.14 0.065 0.0024 0.0006 18.96 3.28 52.21 18.67依据ASTM E45-13、ASTM E112-13、GB/T 13298-2015 系列标准，镍基合金 718 金相组织为奥氏体，晶粒度为 7.5 级。存在两种类型的氮化钛夹杂，分别为B型 2.0 级D型 1.5 级。

图 2-3 四点弯曲试验装置示意图Fig.2-3 Schematics of four-point bending test device2 2123 4mEtyH A 应力，Pa；E-弹性模量，Pa(镍基合金 718 为 199的最大挠度，m；H-外支点间的距离，m；A-内A 4H。2S/CO2腐蚀模拟试验50 型高温高压反应釜模拟硫化氢与二氧化碳共存的图及对应实物图如图 2-4 所示。SolutioncirculatesystemGas outElectromotor

图 2-3 四点弯曲试验装置示意图Fig.2-3 Schematics of four-point bending test device2 2123 4mEtyH A （： -最大张应力，Pa；E-弹性模量，Pa(镍基合金 718 为 199 GPa)；t-试 my-外支点间的最大挠度，m；H-外支点间的距离，m；A-内外支点间的验用样满足A 4H。验方法高温高含H2S/CO2腐蚀模拟试验TFCZ-35/250 型高温高压反应釜模拟硫化氢与二氧化碳共存的高温高含硫验装置示意图及对应实物图如图 2-4 所示。SolutionElectromotor
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本文编号：2868230