N80钢在几种高密度盐水溶液中的腐蚀规律与缓蚀研究
摘要:利用静态失重法分别研究了溶液温度和溶液比重对N80钢在KCl、CaCl2、NaNO3溶液中腐蚀速度的影响,结果表明,随着温度的升高,N80腐蚀速度逐渐增大,随着溶液比重的增大,N80钢的腐蚀速度逐渐降低。三种盐溶液对N80钢的腐蚀性强弱为:KCl溶液>CaCl2溶液>NaNO3溶液。同时单独研究了温度对N80钢在焦磷酸盐溶液中的腐蚀的影响。为了控制在KCl和焦磷酸盐溶液中的腐蚀,研究了复配型缓蚀剂对N80的缓蚀效果,结果表明,加入缓蚀剂后可使N80的腐蚀速度大大降低。
关键词:盐水溶液;N80钢; 缓蚀剂
1. 前言
油气井进入开发后期时,地层压力系数大幅度下降,所以当油气井停产时,必须进行修井,在油气井修井作业过程中,由于井筒内的液柱压力低于地层压力,将引起地层流体向井筒内流动,从而发生井涌或井喷现象。所以在修井过程中,一般会往井筒内泵入高密度的的压井液,从而防止井涌或井喷,同时也支撑了井筒管壁,防止井壁坍塌,保证了修井作业安全进行[1-4]。然而当压井液的密度大于地层压力时,这时就会引起压井液向地层漏失。因此在修井过程中为了防止井喷和压井液漏失现象,选择适当类型和密度的压井液至关重要。
目前国内外多数采用无固相清洁盐水作为压井液,而无固相清洁盐水压井液主要是由无机盐配置而成,如NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、NaNO3一种或者复配[5]。在修井过程中,在井下高温、高压条件下,这些无机盐水对压裂井筒的碳钢材料具有强烈的腐蚀性[6],选用不当,可能造成应力腐蚀开裂。然而,对这些盐水溶液的腐蚀研究报道较少。因此本文主要研究了N80钢在KCl、CaCl2和NaNO3以及焦磷酸盐这几种不同盐水溶液中的腐蚀规律,并研究了缓蚀剂在特定环境下的缓蚀效果。
2. 实验部分
2.1实验材料
实验所用试片为N80钢,尺寸为50×10×3mm,实验前用五洁粉除油,自来水清洗,然后用无水乙醇和丙酮除脂,吹风机冷风吹干称重。然后将试片放入腐蚀介质溶液中,每组3个平行试片,实验温度60~120℃,实验周期为48h,待实验结束后,将试片取出,放入酸洗液中(质量分数为15%HCl+1%酸洗缓蚀剂)中浸泡约3min,然会再用五洁粉搓洗除去腐蚀产物,去离子水冲洗,无水乙醇和丙酮除脂,吹风机冷风吹干称重,计算腐蚀速率。
3. 结果与讨论
3.1 温度、溶液比重的影响
图1为N80钢在不同温度、不同比重的KCl溶液中的腐蚀速度,由图1可以得出,随着温度的升高,N80钢在KCl溶液中的腐蚀速度逐渐增大,这是由于随着温度的升高,阴极氧去极化反应的活化能和阳极碳钢的溶解活化能均降低,同时金属腐蚀的自发倾向也逐渐增大[7-8]。同时随着溶液比重的增大,N80钢腐蚀速度逐渐降低,可能是因为随着溶液比重的增大,溶液中的溶解氧含量降低,所以阴极氧去极化反应速度降低,腐蚀速度降低[9]。
3.2 温度对N80钢在50%焦磷酸盐溶液中的影响
温度的影响见表1。温度低于90°C时,腐蚀较轻;超过90°C后,腐蚀急剧升高。由表2可见,复配缓蚀剂的缓蚀率可以达到99.1%。
表1 N80不同温度下的腐蚀速度
温度 (°C)
腐蚀速度 (mm/a)
30
0.06
60
0.07
90
0.27
120
18.56
表2 不同缓蚀剂在 120 °C 下的的缓蚀效果
缓蚀剂
浓度(wt. %)
腐蚀速度(mm/a)
缓蚀率(%)
Na2MoO4
0.5
2.92
84.3
1.0
2.96
84.0
Na2WO4
0.5
2.43
86.7
1.0
2.57
86.2
Na6O18P6
1.0
4.89
73.7
C3H5NO
0.5
2.68
85.7
1.0
3.22
82.6
缓蚀剂A
1.0
0.033
99.1
4. 结论
(1)N80钢在KCl、CaCl2和NaNO3三种盐水溶液中的腐蚀速度随着温度的升高而逐渐升高,随着溶液比重的增大而逐渐降低。
(2)N80钢在几种不同压井液的腐蚀速度:KCl溶液>CaCl2溶液>NaNO3溶液。
(3)研究的缓蚀剂可以有效控制N80钢在KCl和焦磷酸盐溶液中的腐蚀。
参考文献
[1]王亮,杨旭,吴小玲. 新型压井液体系的研究及性能评价[J].钻井液与完井液,2004,21(2):36~38.
[2]王忠辉.高密度低伤害无固相压井液的研究与应用[J].精细石油化工进展,2010,11(10):14~18.
[3]李克向,保护油气层钻井完井技术[M].北京:石油工业出版社,1993:387~391
[4] 景岷雪. NaCl、NaCl、CaCl2、CaCl2 盐水作基液对压井液性能影响的实验研究[J]. 天然气工业,2000,20( 6) :57~59.
[5]陈刚,邓强,张洁.无固相钻井液体系的室内研究[J].石油化工应用,2010,29(2):22~26
[6]杨小平,郭元庆,樊松林等.高密度低腐蚀无固相压井液研究与应用[J]. 钻井液与完井液,2010,27(5):51~54.
[7]宋学锋,周永璋.钻具在磺化钻井液中的发生腐蚀的影响因素研究[J].钻井液与完井液,2005,22(6):30~33.
[8]马桂君,杜敏,刘福国等.G105钻具钢在含有溶解氧条件下的腐蚀规律[J].中国腐蚀与防护学报,2008,28(2):108~111.
[9]万里平,孟英峰,梁发书.甲酸盐钻井液对N80钢的腐蚀研究[J].钻采工艺,2003,26(6):83~85.