四种不同油管材质在15%HCl溶液中的腐蚀行为研究

四种不同油管材质在15%HCl溶液中的腐蚀行为研究
通过失重法、动电位极化扫描、交流阻抗测试方法研究了四种材质HP13Cr、13Cr、P110、N80在15%HCl溶液中的腐蚀行为。

试验结果表明，四种不同油管材质在15%HCl溶液中的失重与电化学（极化、阻抗）研究结果是一致的。

其腐蚀速率大小依次为：P110﹤HP13Cr﹤N80﹤13Cr。

标签：油管钢；盐酸；电化学
1 前言
酸化是用酸液处理油气层，以恢复或增加油气层渗透率，实现油气井增产增注的一种技术，是目前国内外最常用的增产措施之一[1]。

随着酸化工艺的发展，国内外在油井和气井酸化施工过程中使用的酸液种类也越来越多。

合理使用酸液，对酸化处理增产效果起着重要作用。

而通常使用频率最高的酸化溶液有HCl，HF等。

这些酸性溶液通过管道泵送注入到地层中，在地层中这些酸性物质与地层岩石接触作用，增加了油气的渗透率[2-5]。

本文通过研究四种不同材质HP13Cr、13Cr、P110、N80四种材质在15%HCl溶液中的腐蚀行为，以期为酸化施工提供有力的帮助。

2 试验方法
2.1 仪器和试剂
失重法的实验装置采用美国Cortest 的静-动态高温高压釜，容积5升，最高温度350℃，最高压力340atm，最高转速800转/秒（合计4.0m/s）。

电化学测试由EG&G公司的M237A恒电位仪和M5210锁相放大器完成；辅助电极选用大面积石墨电极，银/氯化银电极为参比电极。

2.2 实验步骤
失重法所用材质为取自HP13Cr、13Cr、P110、N80油管的挂片（50×10×3mm）试样，实验前，工作电极用SiC水砂纸逐级打磨至800号，用蒸馏水清洗，丙酮除油、乙醇脱水，放入干燥器中干燥，称重，精确至±1mg。

试样材质化学成分见表1。

然后将配置好的酸溶液，加入到试验容器中，在升温至90℃，保持4小时后。

实验结束后，取出试样，用盐酸清洗液、丙酮、乙醇溶液依次清洗，称重，并计算腐蚀速率。

电化学工作电极材质为取自HP13Cr、13Cr、P110、N80油管钢的圆片状试样，实验面积为0.785 cm2。

实验前，工作电极用SiC水砂纸逐级打磨至800号，用蒸馏水清洗，丙酮除油、乙醇脱水，烘干待用。

膜的Mott2Schottky曲线测试
所采用的频率范围为5 mHz～20 kHz，阻抗测量信号幅值为10 mV正弦波，电位扫描区间为-0.5～0.5 V（相对自腐蚀电位），扫描速率为40 mV / s。

实验在90±2 ℃下进行。

实验所用介质是由分析纯试剂和蒸馏水配制组成的15%（w%）HCl溶液。

3 试验结果与讨论
3.1 失重分析
在90 ℃、常压下，用失重法在15%的盐酸中测试了四种油管材质13Cr、HP13Cr、N80、P110的腐蚀速率，结果见表2。

由表2可看出，四种油管材质的腐蚀速率大小依次为P110<HP13Cr<N80<13Cr，P110钢在盐酸的腐蚀速率最小，而13Cr腐蚀速率最大。

相比较其它三种材质，P110油管在进行盐酸酸化施工时具有更小的防腐效果；同时指出，虽然高含Cr钢（如13Cr、HP13Cr）具有很好的抗CO2性能，但不适合于油井酸化作业。

3.2 電化学分析
3.2.1 极化曲线
①不同材料中缓蚀剂PCP失重及极化结果
在试验温度为90 ℃、盐酸浓度为15%条件下，四种材质13Cr、HP13Cr、N80、P110的极化曲线对比见图1、极化分析结果见表3，四种材料在酸液的腐蚀速率大小顺序依次为P110﹤HP13Cr﹤N80﹤13Cr。

由图1及表2、表3自腐蚀电流密度的变化可以看出，由动电位极化曲线测得的四种材料的腐蚀速率与由失重法测得的结果一致。

②不同材质的阻抗结果与讨论
在试验温度为90 ℃、盐酸浓度为15%条件下，四种不同材质的阻抗对比见图2、分析结果见表4。

由阻抗分析结果可知，极化电阻按由小到大的顺序排列均为：13Cr﹤N80﹤HP13Cr﹤P110。

这说明在15%HCl溶液中，P110耐腐蚀性最强，而13Cr最差；阻抗分析结果与失重和极化结果一致。

4 结论
四种油管钢材质HP13Cr、13Cr、P110、N80在盐酸溶液中均发生严重腐蚀。

通过失重和电化学（极化、阻抗）测试，结果一致。

在试验温度为90 ℃、盐酸浓度为15%条件下，四种油管钢材质的腐蚀速率大小依次为P110﹤HP13Cr﹤N80
﹤13Cr。

参考文献：
[1]马宝岐，吴安明.油田化学原理与技术[M].北京：石油工业出版社，1995：70-101.
[2] Migahed MA，Nassar IF. Corrosion inhibition of tubing steel during acidization of oil and gas wells[J]. Electrochim Acta，2008，53（6）：2877-2882.
[3] Williams Dennis A，Holifield Phyllis K，Looney James R et al. Corrosion inhibitor and its use[P]. EP，0390317，1990-02-15.
[4] Michael L. Walker，Duncan et al. Method and composition for acidizing subterranean formations[P].US，4552672.1985-11-12.
[5]王连成，李明朗，程万庆等.酸化压裂方法在碳酸盐岩热储层中的应用[J].水文地质工程地质，2010，9，37（5）：128-132.。