江石媛+曾媛
摘 要：CO2腐蚀是石油天然气开采过程中的主要腐蚀问题。文章在研究CO2腐蚀行为的基础上，通过电化学测量技术，研究了低Cr钢不同铬含量材料的极化曲线，并进行了分析说明。试验结果表明：3Cr钢和5Cr钢的自腐蚀电位较为相近，均高于P110钢，从临界钝化电位和临界钝化电流角度分析，5Cr钢的抗腐蚀性能优于3Cr钢。
关键词：低Cr钢；CO2腐蚀；极化曲线
油气开发过程中，地层中的CO2会对油管、套管以及管线等设备造成严重腐蚀[1]。我国许多油田如四川气田、胜利油田、吉林油田等存在严重的CO2腐蚀，国外的美国Panama油田、挪威的一些油气田以及中东地区的一些油气田等也存在CO2腐蚀问题[2-3]。目前，针对CO2腐蚀所采取的防护措施主要有：采用耐蚀材料、加注缓蚀剂和采用防腐涂覆层。但是，由于缓蚀剂长期投资很高，涂覆层使用过程中存在破损造成局部腐蚀的隐患，耐蚀合金的价格昂贵，一次性投资成本较高，特别是对于产量较低的油井使用起来存在经济效益和投资比太低的问题。从20世纪90年代起，国内外很多研究机构都在进行低Cr钢的开发来代替耐蚀合金，这样使得低Cr钢的研究成为目前CO2腐蚀控制最热门的课题[4-5]。
文章通过模拟油田现场工况环境，研究钢管抗CO2腐蚀性能，并分析不同Cr含量对钢管耐蚀性能的影响，为低Cr耐蚀材料在油田中的安全使用提供技术依据。
1 试验
试验所用低Cr合金钢管在普通钢管的基础上分别添加了质量分数为3%和5%的Cr，并适当降低了钢中C和Mn的含量，以保证能够获得预期的抗CO2腐蚀性能，同时满足钢管的力学性能要求。试样经由管坯准备→加热→定心→穿孔→穿棒缩口→顶管→松棒→脱棒→切头尾→再加热→张力减径→热处理后，材料化学成分见表1。
电化学试验中，采用极化曲线法来研究金属腐蚀。极化曲线法是通过对阳极极化曲线的测量及分析，获得金属在所给介质中溶解腐蚀和纯化的信息，为金属的防护提供试验及理论依据。根据极化曲线实验的相关试样要求，所取试样均采用线切割方式被切割成表面为1cm2，厚度大于2mm的方形试块，并用环氧树脂进行封装。试验前，将试样工作面分别用砂纸逐级打磨以消除机加工刀痕，并用丙酮进行超声清洗，除油，去离子水清洗，然后干燥。试验时在常温常压下进行，腐蚀溶液选择为10%的碳酸氢钠溶液加5%的冰醋酸，溶液的体积为300ml。溶液配制完成后静置3分钟开始测试，测试过程中利用NaHCO3和CH3COOH不断反应生成大量CO2气体创造出CO2腐蚀环境。参比电极为饱和甘汞电极（SCE），辅助电极为铂电极。
2 结果与讨论
如图1为不同Cr含量的抗CO2腐蚀材质（P110、3Cr、5Cr钢管）的极化曲线图，其极化曲线数据见表2。
由表2可以看出，3Cr和5Cr的自腐蚀电位相近，高于P110。3Cr和5Cr从自腐蚀电位、腐蚀速率和自腐蚀电流来分析其抗CO2腐蚀性，5Cr略优于3Cr。若参考临界钝化电位和临界钝化电流，5Cr的抗腐蚀性应好于3Cr。从极化曲线中阳极极化曲线可知，P110、3Cr、5Cr材料的临界钝化电位逐渐向负电位方向移动，临界钝化电流密度逐渐向正方向移动，表明按这个顺序材料越来越容易钝化，材料的抗CO2腐蚀性能越来越好。3Cr、5Cr极化曲线的走势相似，并且在0.75～1.20V之间的出现电流峰，可能原因是在此区间发生晶间腐蚀。
3 结束语
通过对不同Cr含量的抗CO2腐蚀材质的极化曲线进行对比，表明3Cr和5Cr的自腐蚀电位较为相近，均高于P110。从临界钝化电位和临界钝化电流角度分析，5Cr的抗腐蚀性能应好于3Cr。因此应依据油气田本身的特点，来综合考虑选择5Cr油套管。
参考文献
[1]王献 ，董振江，梁拥军，等.经济型低Cr抗CO2腐蚀合金石油管材钢开发现状[J].腐蚀科学与防护技术，2006，18（6）：436-439.
[2]万里平，孟英峰，梁发书.油气田开发中的二氧化碳腐蚀及影响因素[J].全面腐蚀控制，2003，17（2）：14-17.
[3]Hausler R h， Stegmann D E. CO2 corrosion and its prevention by chemical inhibition in oil and gas production[J]. Corrosion，1988，44（1）：5-9.
[4]吕祥鸿，赵国仙，张建兵，等.低Cr耐蚀管材的国内外研究进展[J].材料导报，2009，23（3）：72-76.
[5]江键，黄英，黄云，等.低Cr经济型抗腐蚀油套管的开发与腐蚀试验研究[J].刚管，2014，43（1）：11-17.
