【摘 要】
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随着国家能源需求日益高涨,稠油资源的开采成为原油稳产的重要途径之一。由于稠油具有粘度大、渗流阻力大等特点,常规手段难以实现高效开采。近几年注多元热流体采油技术的推广有望为稠油开采提供有效的支持。注入井下的高温多元热流体中除了含有CO2之外,还含有一定量的O2及H2S等腐蚀性组分,致使其腐蚀环境比传统的CO2环境更加复杂苛刻,极易导致油井管短期内腐蚀失效,这严重阻碍了注多元热流体采油技术的发展。本文
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随着国家能源需求日益高涨,稠油资源的开采成为原油稳产的重要途径之一。由于稠油具有粘度大、渗流阻力大等特点,常规手段难以实现高效开采。近几年注多元热流体采油技术的推广有望为稠油开采提供有效的支持。注入井下的高温多元热流体中除了含有CO2之外,还含有一定量的O2及H2S等腐蚀性组分,致使其腐蚀环境比传统的CO2环境更加复杂苛刻,极易导致油井管短期内腐蚀失效,这严重阻碍了注多元热流体采油技术的发展。本文以油田常用油井管材N80钢为实验材料,通过高温高压反应釜进行腐蚀模拟实验,结合SEM、EDS及XRD等现代分析技术,首先对比研究了注多元热流体注入阶段在仅含CO2与同时含有CO2和O2条件下N80钢的腐蚀行为,之后进一步研究了在注入阶段流速及采出阶段温度对N80钢腐蚀行为的影响规律。主要研究结果如下:（1）注入阶段:在150℃、CO2分压为0.52MPa、流速为1m/s条件下N80钢的平均腐蚀速率为0.6414 mm/a,其表面形成的腐蚀产物呈单层膜结构,腐蚀产物主要由灰黑色Fe CO3构成。Fe CO3产物膜均匀完整的覆盖在金属表面,有效阻碍腐蚀过程的进行,N80钢在此条件下表现为典型的均匀腐蚀形态。在150℃、CO2分压为0.52MPa、O2分压为0.04MPa、流速为1m/s条件下N80钢的平均腐蚀速率为2.8061mm/a,较仅含CO2条件下腐蚀速率增加近4倍。其表面的腐蚀产物呈双层膜结构,外层腐蚀产物主要由Fe2O3构成,内层产物主要由Fe CO3和Fe3O4构成,局部区域出现少量Fe2O3。内层膜中Fe3O4的存在破坏了腐蚀产物膜的完整性,导致N80钢呈现出典型的局部腐蚀形态,点蚀坑内腐蚀产物为Fe CO3和Fe3O4的混合物。（2）注入阶段:在150℃、CO2分压为0.52MPa、O2分压为0.04MPa条件下,N80钢的平均腐蚀速率和局部腐蚀速率随流速增加均呈现先降低后升高趋势。0 m/s时,N80钢表面扩散层较厚,溶解氧在边界层的扩散速度较低,此时N80钢的腐蚀以二氧化碳酸性腐蚀为主,腐蚀速率较大。在高温动态条件下,流动能促进N80钢表面氧化钝化过程。1 m/s时,可以明显观测到腐蚀产物外层有一层较完整的Fe2O3产生,能有效阻碍腐蚀介质通过,导致腐蚀速率降低。随着流速的进一步增加,腐蚀产物膜较1m/s时变化不大,但流速增加使腐蚀介质传质速率加快,导致N80钢腐蚀速率增大。可见,流速主要通过以下2方面影响N80钢的腐蚀速率:一方面流速增加使腐蚀介质的传质速率加快;另一方面流速会影响N80钢表面腐蚀产物膜特征。（3）采出阶段:在CO2分压为0.97MPa、H2S含量为5600ppm、流速为0.23m/s条件下,随温度的升高N80钢的平均腐蚀速率呈现先降低后升高再降低的趋势。4种温度条件下N80钢均呈均匀腐蚀形态,其表面形成的腐蚀产物均呈双层膜结构。60℃时,N80钢表面形成的腐蚀产物主要为细小颗粒堆垛而成的马基诺矿型Fe S,膜层之间夹杂有少量Fe CO3。马基诺矿型Fe S产物疏松多孔,对基体保护作用较差。100℃时,N80钢表面的马基诺矿型Fe S少量转变为六边形状磁黄铁矿型Fe S,且腐蚀产物膜分层明显,外层产物主要由Fe S构成,内层由致密的Fe3O4构成,部分区域夹杂有少量Fe S。由于Fe3O4对基体有较强的保护作用,导致腐蚀速率降低。150℃时,N80钢表面外层腐蚀产物主要为Fe S,内层产物为Fe3O4。虽然膜层致密性较100℃相差不大,但表面马基诺矿型Fe S大量转变为稳定态的多边形磁黄铁矿Fe S,由于两种晶型之间具有明显的电位差,极易构成电偶腐蚀体系,导致腐蚀速率上升。200℃时,腐蚀产物膜结构及成分组成与150℃相似,外层膜上稳定态的多边形磁黄铁矿Fe S晶粒细化,内层Fe3O4产物膜变的更为致密平整,对基体保护作用加强,导致腐蚀速率下降。
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