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(dǎo)致CO2腐蝕越來越嚴(yán)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(yīng)用穩(wěn)定增長。其主要靠添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(diǎn)蝕和低溫時的硫化物應(yīng)力開裂(SSC)成為限制其廣泛應(yīng)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(jīng)進(jìn)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(qiáng)度、低溫韌性和改進(jìn)的抗腐蝕性能的綜合特點(diǎn)，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(nèi)外各大油氣田廣泛應(yīng)用。

　　西安石油大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)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(diǎn)蝕及電偶腐蝕性能。結(jié)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(diǎn)蝕呈上升趨勢并趨于嚴(yán)重，在溫度為150℃的氣相環(huán)境中，其最大局部腐蝕速率可達(dá)2.1379mm/a，最大局部腐蝕坑深度可達(dá)41μm。

　　在小試樣模擬試驗(yàn)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(hù)，腐蝕減緩，腐蝕速率減小。

　　在實(shí)物試驗(yàn)中，P110在電偶處腐蝕比未接觸處嚴(yán)重，與未接觸處相比，電偶處發(fā)生嚴(yán)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(jié)果一致。