13Cr油套管钢CO2腐蚀产物膜的能谱分析
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的 。对 表层 膜 的 原 始 表 面 采 用 真 空 氩 气 溅 射 １ ｍｉ 去 表 ０ ｎ除 面 吸 附 杂 质 后 ， 行 全 元 素 和全 范 围 （ — ｌ ０ ｅ 扫 描 。 进 Ｏ ｌ ０ Ｖ）
３４ ０ Ｌ不 锈 钢 、 氏 体 不 锈 钢 等 普 通 不 锈 钢 ， 至 还 采 用 如 奥 甚 ＨＰ ３ ｒ型 、１Ｃ 型 、 ２ ｒ 型 、 ５ ｒ型 双 相 不 锈 钢 和 １Ｃ ８ｒ ２Ｃ ２Ｃ Ｓ ２ ０ 等 高 级 不 锈 钢 ［ ７， 些 钢 虽 有 很 好 的 耐 Ｃ 腐 ＡＦ ２ ５ － ］这 ４ Ｏ 蚀 性 能 ， 其 成 本 却 远 远 高 于 普 通 油 套 钢 ， 著 地 影 响 了 石 但 显 油 开 采 的经 济 效 益 。 研究表明 ， 普通 １Ｃ 钢 的 耐 蚀 性 和 价 格 均 介 于 普 通 碳 ３ｒ 钢 和 高 级 耐 蚀 钢 之 间 ， 此 对 于 温 度 和 压 力 较 高 的 油 套 管 腐 因 蚀 环 境 ， 究 １Ｃ 钢 的 Ｃ 蚀 问题 就 显 得 必 要 研 ３ｒ Ｏ 腐 。本
中图 分 类 号 ： ９ ０ １ ＴＧ１ ２ ８ ＴＥ ８ ． ； ７ ． 文献标识码 ： Ａ
０ 引 言
Ｃ 蚀 在 石 油 开 采 过 程 中普 遍 存 在 ， 套 管 常 常 直 接 Ｏ 腐 油 遭 遇 这 种 严 重 腐 蚀 ＿ 。对 于 温 度 和 压 力 较 低 的 Ｃ 腐 蚀 ， １ ］ Ｏｚ 普 通 的 碳 钢 或 低 碳 合 金 钢 就 能 基 本 满 足 耐 腐 蚀 要 求 ， 常 用 如 的 Ｎ８ 、 １０和 Ｊ ５钢 ］ ０Ｐ １ ５ 。但 是 随着 石 油 开采 的地 层 深 度 越 来 越 大 ， 套 管所 处 的 温 度 和 压 力 越 来 越 高 ， 蚀 环 境 也 油 腐 越 来 越 苛 刻 ， 通 油 套 管 材 已 不能 达 到 耐蚀 性 能 的 要 求 。对 普
体 颗 粒 堆 积 而成 ， 内层是 细 小 致 密 的 晶 态 Ｆ ＣＯ。和 非 晶 态 的 Ｃｒ ＯＨ） ｅ （ 。微 粒 构 成 ； 内层 膜 较 好 的 致 密 性 和 离子 透过 选 择 性 是
１ Ｃ 钢 具 有较 好 耐 Ｃ 腐 蚀 性 能 的主 要 原 因 。 ３ｒ ０
关键词 ：Ｏ Ｃ ２腐 蚀 ； 腐蚀 产 物 膜 ； 谱 分 析 ；３ ｒ 能 １Ｃ 钢
此 ， 些 油 田现 场 直 接 采 用 高 级 耐 蚀 钢 管 ， ３ ６ 有 如 １ Ｌ不 锈 钢 、
外 表 面 的 其 它 表 面 和 固定 在 圆 盘 试 样 夹 具 上 固 化 ２ ｈ 随 后 ４，
放 置 于 干 燥 器 中待 用 。腐 蚀 试 验 介 质 为 ５０ ｍｇＬ 的 Ｎａ １ ００ ／ Ｃ
（． 国石 油天 然气 集 团 公 司 石 油 管 材 力 学 与环 境 行 为 重 点 实 验 室 ， 西 １中 陕 ２ 中 国石 油 天 然 气 集 团公 司塔 里 木 油 田分 公 司 ，新疆 ． 库尔勒 西 安 ７０ ６ ； １ ０ ５ ８１０） ４ ０ ０
ห้องสมุดไป่ตู้
摘要 ： 用高温高压釜 ， 拟油 田腐 蚀 环境 条件 ， 用 １Ｃ 利 模 采 ３ ｒ油 套 管 钢 制 备 了 Ｃ 腐 蚀 产 物 膜 ， 助 电 子 扫 描 显 微 镜 ０ 借 （ Ｅ ） 察 了腐 蚀 膜 的 表 面和 横 截 面 形 貌 ， 过 ｘ 射 线 能 量 散 射 分 析 （ Ｄ ） Ｘ射 线 衍 射 （ Ｒ 和 ｘ 射 线 光 电 子 光谱 ＳＭ 观 通 Ｅ ＡＸ 、 Ｘ Ｄ） （ Ｓ 等 方 法测 定 和 分析 了 腐蚀 产 物 膜 的 组 成 ， ｘＰ ） 以推 测 １Ｃ 钢 的 Ｃ ｚ腐 蚀 机 制 。结 果 表 明 ，３ ｒ 在 试 验 条 件 下 以均 匀 腐 ３ｒ ０ １Ｃ 钢 蚀 形成 的 Ｃ ｚ腐 蚀 产 物 膜 具 有 双 层 结 构 ； 腐蚀 产 物 膜 主要 含 有 Ｆ 、 ｒＣ和 ０ 四 种 元 素 ； 层 主要 是 粗 大 松 散 的 Ｆ Ｃ 。晶 ０ 该 ｅＣ 、 表 ｅＯ
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中 国材 料 科 技 与设 备 （ 月 刊 ） 双
１ Ｃ 油套 管 钢 Ｃ 蚀 产 物 膜 的 能 谱 分 析 ３ｒ Ｏ 腐
２０ ０ ８年 ・ ３期 第
１ ｒ 套 管 钢 ＣＯ２ 蚀产 物 膜 的 能谱 分 析 油 ３ Ｃ 腐
林 冠发 ， 勋 源 ， 胥 白真 权 冯 耀 荣 ，
溶液。
腐 蚀 试 验 是 在 美 国 Ｃ ｒｅｔ 司 用 镍 基 合 金 制 造 的 ３ ０ ｏｔｓ 公 ４
ａｍ ５ ｒ Ｌ动 态 高 温 高 压 釜 中 进 行 的 Ｈ 。 在 釜 中 加 入 腐 蚀 介 ］
质 ， 安 装 有 试 样 的 圆盘 夹 具 固定 在 搅 拌 棒 上 ， 盖 密 封 后 ， 将 加 通入 Ｎ 气除氧 ６， ｚ ｈ 再通 入 Ｃ ｚ 体 ８ 。分 别 调 节 温 度 、 Ｏ 气 ｈ 分 压 和 转 速 至 预 定 值 ， 蚀 时 间 为 １ｄ 腐 ５ 。试 验 结 束 后 试 样 表 面 用 蒸 馏 水 冲去 腐 蚀 介 质 ， 用无 水酒 精 除 水 后 放 置 干 燥 器 中 待用。 腐 蚀 膜 表 面 和 断 面 形 貌 采 用 Ｐ ｉｐ 公 司 的 ｘ ｈｌ ｓ ｉ Ｌ一２ Ｏ型 Ｓ Ｍ 扫 描 电镜 观 察 ， 进 行 ｘ 射 线 能 量 散 射 分 析 （ Ｄ ） Ｅ 并 Ｅ ＡＸ 。 采 用 日本 理 学 Ｄ ｍａ － ３ 型 自动 ｘ 射 线 衍 射 仪 （ Ｒ 分 ／ ｘ Ｃ Ｘ Ｄ） 析腐 蚀 产 物 膜 的 晶 体 类 型 。ＸＰ Ｓ的 测 定 是 在 Ｐ ｒｉ Ｅｍｅ ｅｋｎ ｌ ｒ 公 司 的 Ｐ ０ ０型 ｘ 射 线 光 电 子 光 谱 仪 Ｅ Ｃ 系 统 完 成 ＨＩ ０ ５ ＳＡ
３４ ０ Ｌ不 锈 钢 、 氏 体 不 锈 钢 等 普 通 不 锈 钢 ， 至 还 采 用 如 奥 甚 ＨＰ ３ ｒ型 、１Ｃ 型 、 ２ ｒ 型 、 ５ ｒ型 双 相 不 锈 钢 和 １Ｃ ８ｒ ２Ｃ ２Ｃ Ｓ ２ ０ 等 高 级 不 锈 钢 ［ ７， 些 钢 虽 有 很 好 的 耐 Ｃ 腐 ＡＦ ２ ５ － ］这 ４ Ｏ 蚀 性 能 ， 其 成 本 却 远 远 高 于 普 通 油 套 钢 ， 著 地 影 响 了 石 但 显 油 开 采 的经 济 效 益 。 研究表明 ， 普通 １Ｃ 钢 的 耐 蚀 性 和 价 格 均 介 于 普 通 碳 ３ｒ 钢 和 高 级 耐 蚀 钢 之 间 ， 此 对 于 温 度 和 压 力 较 高 的 油 套 管 腐 因 蚀 环 境 ， 究 １Ｃ 钢 的 Ｃ 蚀 问题 就 显 得 必 要 研 ３ｒ Ｏ 腐 。本
中图 分 类 号 ： ９ ０ １ ＴＧ１ ２ ８ ＴＥ ８ ． ； ７ ． 文献标识码 ： Ａ
０ 引 言
Ｃ 蚀 在 石 油 开 采 过 程 中普 遍 存 在 ， 套 管 常 常 直 接 Ｏ 腐 油 遭 遇 这 种 严 重 腐 蚀 ＿ 。对 于 温 度 和 压 力 较 低 的 Ｃ 腐 蚀 ， １ ］ Ｏｚ 普 通 的 碳 钢 或 低 碳 合 金 钢 就 能 基 本 满 足 耐 腐 蚀 要 求 ， 常 用 如 的 Ｎ８ 、 １０和 Ｊ ５钢 ］ ０Ｐ １ ５ 。但 是 随着 石 油 开采 的地 层 深 度 越 来 越 大 ， 套 管所 处 的 温 度 和 压 力 越 来 越 高 ， 蚀 环 境 也 油 腐 越 来 越 苛 刻 ， 通 油 套 管 材 已 不能 达 到 耐蚀 性 能 的 要 求 。对 普
体 颗 粒 堆 积 而成 ， 内层是 细 小 致 密 的 晶 态 Ｆ ＣＯ。和 非 晶 态 的 Ｃｒ ＯＨ） ｅ （ 。微 粒 构 成 ； 内层 膜 较 好 的 致 密 性 和 离子 透过 选 择 性 是
１ Ｃ 钢 具 有较 好 耐 Ｃ 腐 蚀 性 能 的主 要 原 因 。 ３ｒ ０
关键词 ：Ｏ Ｃ ２腐 蚀 ； 腐蚀 产 物 膜 ； 谱 分 析 ；３ ｒ 能 １Ｃ 钢
此 ， 些 油 田现 场 直 接 采 用 高 级 耐 蚀 钢 管 ， ３ ６ 有 如 １ Ｌ不 锈 钢 、
外 表 面 的 其 它 表 面 和 固定 在 圆 盘 试 样 夹 具 上 固 化 ２ ｈ 随 后 ４，
放 置 于 干 燥 器 中待 用 。腐 蚀 试 验 介 质 为 ５０ ｍｇＬ 的 Ｎａ １ ００ ／ Ｃ
（． 国石 油天 然气 集 团 公 司 石 油 管 材 力 学 与环 境 行 为 重 点 实 验 室 ， 西 １中 陕 ２ 中 国石 油 天 然 气 集 团公 司塔 里 木 油 田分 公 司 ，新疆 ． 库尔勒 西 安 ７０ ６ ； １ ０ ５ ８１０） ４ ０ ０
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摘要 ： 用高温高压釜 ， 拟油 田腐 蚀 环境 条件 ， 用 １Ｃ 利 模 采 ３ ｒ油 套 管 钢 制 备 了 Ｃ 腐 蚀 产 物 膜 ， 助 电 子 扫 描 显 微 镜 ０ 借 （ Ｅ ） 察 了腐 蚀 膜 的 表 面和 横 截 面 形 貌 ， 过 ｘ 射 线 能 量 散 射 分 析 （ Ｄ ） Ｘ射 线 衍 射 （ Ｒ 和 ｘ 射 线 光 电 子 光谱 ＳＭ 观 通 Ｅ ＡＸ 、 Ｘ Ｄ） （ Ｓ 等 方 法测 定 和 分析 了 腐蚀 产 物 膜 的 组 成 ， ｘＰ ） 以推 测 １Ｃ 钢 的 Ｃ ｚ腐 蚀 机 制 。结 果 表 明 ，３ ｒ 在 试 验 条 件 下 以均 匀 腐 ３ｒ ０ １Ｃ 钢 蚀 形成 的 Ｃ ｚ腐 蚀 产 物 膜 具 有 双 层 结 构 ； 腐蚀 产 物 膜 主要 含 有 Ｆ 、 ｒＣ和 ０ 四 种 元 素 ； 层 主要 是 粗 大 松 散 的 Ｆ Ｃ 。晶 ０ 该 ｅＣ 、 表 ｅＯ
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１ Ｃ 油套 管 钢 Ｃ 蚀 产 物 膜 的 能 谱 分 析 ３ｒ Ｏ 腐
２０ ０ ８年 ・ ３期 第
１ ｒ 套 管 钢 ＣＯ２ 蚀产 物 膜 的 能谱 分 析 油 ３ Ｃ 腐
林 冠发 ， 勋 源 ， 胥 白真 权 冯 耀 荣 ，
溶液。
腐 蚀 试 验 是 在 美 国 Ｃ ｒｅｔ 司 用 镍 基 合 金 制 造 的 ３ ０ ｏｔｓ 公 ４
ａｍ ５ ｒ Ｌ动 态 高 温 高 压 釜 中 进 行 的 Ｈ 。 在 釜 中 加 入 腐 蚀 介 ］
质 ， 安 装 有 试 样 的 圆盘 夹 具 固定 在 搅 拌 棒 上 ， 盖 密 封 后 ， 将 加 通入 Ｎ 气除氧 ６， ｚ ｈ 再通 入 Ｃ ｚ 体 ８ 。分 别 调 节 温 度 、 Ｏ 气 ｈ 分 压 和 转 速 至 预 定 值 ， 蚀 时 间 为 １ｄ 腐 ５ 。试 验 结 束 后 试 样 表 面 用 蒸 馏 水 冲去 腐 蚀 介 质 ， 用无 水酒 精 除 水 后 放 置 干 燥 器 中 待用。 腐 蚀 膜 表 面 和 断 面 形 貌 采 用 Ｐ ｉｐ 公 司 的 ｘ ｈｌ ｓ ｉ Ｌ一２ Ｏ型 Ｓ Ｍ 扫 描 电镜 观 察 ， 进 行 ｘ 射 线 能 量 散 射 分 析 （ Ｄ ） Ｅ 并 Ｅ ＡＸ 。 采 用 日本 理 学 Ｄ ｍａ － ３ 型 自动 ｘ 射 线 衍 射 仪 （ Ｒ 分 ／ ｘ Ｃ Ｘ Ｄ） 析腐 蚀 产 物 膜 的 晶 体 类 型 。ＸＰ Ｓ的 测 定 是 在 Ｐ ｒｉ Ｅｍｅ ｅｋｎ ｌ ｒ 公 司 的 Ｐ ０ ０型 ｘ 射 线 光 电 子 光 谱 仪 Ｅ Ｃ 系 统 完 成 ＨＩ ０ ５ ＳＡ