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普光气田是高H2S/CO2气田,其中H2S含量高达17.05%,属于高含硫气井,将面临严重的元素硫腐蚀威胁。开展元素硫腐蚀研究对普光气田的开发具有重要的意义。
本文选取油套管常用管材P110钢作为研究材料,模拟普光气田元素硫沉积环境,分别在120℃、150℃、175℃三种温度条件下,调节腐蚀体系的酸性至pH=7、pH=3、pH=1,进行了10组不同的腐蚀实验。首先,利用SEM、EDS、XRD等研究了产物膜的形态及成分。结果表明:腐蚀产物膜疏松、多孔、易脱落,明显分层,内层主要为氧化物及氯化物,外层主要为硫化物,且由基体侧向外产物膜硫含量升高。
其次,利用腐蚀失重法总结了油套管用P110钢在元素硫沉积下的失重规律。结果表明:pH=3时,120℃、150℃、175℃硫相的腐蚀速率分别为42.1969mm/a、54.2253mm/a、29.2118mm/a,随温度的升高腐蚀速率先升高后降低;随腐蚀介质初始酸性增强,腐蚀速率升高;硫相的腐蚀速率基本高于30mm/a,而液相腐蚀速率则低于30mm/a,硫相较液相腐蚀严重;
采用电化学方法检测了元素硫对P110钢腐蚀的影响及腐蚀产物膜的性能;极化曲线结果表明:吸附于电极表面的硫降低了材料的自腐蚀电位,提高了自腐蚀电流。膜电位结果表明:产物膜具有阴离子选择透过性,随腐蚀介质初始酸性增强,膜电位偏离空白电位越远。
最后,综合实验结果探讨了P110钢在元素硫沉积环境中的腐蚀机理,元素硫在腐蚀过程中主要发生了歧化反应、元素硫作为电子的受体反应及电化学反应。