多相流腐蚀因素的研究.doc

多相流腐蚀因素的研究在油气开采中和输送当中 ，二氧化碳常常作为伴随气体存在油气当中，对金属管道造成较严重的腐蚀，再加上二氧化擦在采油中的大量使用，使得二氧化碳的腐蚀加剧，导致材料的使用周期降低，形成额外的经济损失。更严重的是管道仪器的腐蚀对工作人员的安全形成威胁，造成生命危险。另外油气的泄露对环境造成巨大的污染，尤其是在海油的开采当中。目前油田当中多应用的材质为X65等，且在开采技术的发展当中，常常运用大量的水将油输送出地面，这在一定程度上加剧了管道的腐蚀。另外由于在石油的输送当中可能存在少量的砂石颗粒，从而对管道形成冲刷，损坏管道，加速管道的腐蚀。输送环境的温度及钢材的物质组成也对腐蚀形成巨大的影响。所以此次实验在于研究这些因素对管道腐蚀的影响规律及腐蚀的具体原理。一 实验材料、试验介质及具体处理原理 此试验的材料选择 X65，其化学成分如下： w，%CMnSiPSCuMoNi0.071.410.210.00800.0200.01CrAlNb+N+TiAsSnCeP0.020.0290.08-0.150.010.0130.3210.155 实验所用介质为模拟工况的油、气、水、沙 混合而成溶液，介质的温度分别为30度、60度、90度以研究温度腐蚀的影响。其中水相的配比如下表所示，油相为现场采油，为45好号油。其主要成分为环烷烃烷烃极少量的单环和双环芳烃。在实验中加一组空白试验即为45号油对钢管的影响。气相变量为二氧化碳的浓度。沙为200-300目的石英砂。腐蚀模拟装置为高温高压磁力驱动反应釜。成分量浓度/mmol/L配置一升所需质量/mgNa2SO40.011042NaCl473.43327667.42CaCl219.5252166.88MgCl2.6H2O10.0412041.34KCl6.982520.51FeCl2.6H2O0.08723.52重量法是其中一种较为经典的方法，它适用于实验室和现场试验，是测定金属腐蚀速率最可靠的方法之一，是其它金属腐蚀速率测定方法的基础。 重量法是根据腐蚀前、后金属试件重量的变化来测定金属腐蚀速率的。重量法又可分为失重法和增重法两种。当金属表面上的腐蚀产物较容易除净，且不会因为清除腐蚀产物而损坏金属本体时常用失重法；当腐蚀产物牢固地附着在试件表面时则采用增重法。在此试验中采用失重法测定金属腐蚀速率。把金属做成一定形状和大小的试件（管道），通过高温高压磁力驱动反应釜按规定速度流入原油模拟液，经过一定的时间后，取出并测量其重量和尺寸的变化，即可计算其腐蚀速率。对于失重法，可通过下式计算金属的腐蚀速率： v=( m0- m1) / St -式中，v 为管道金属腐蚀速率g(m2h)；m0为腐蚀前试件的质量，g；m1为经过一定时间的腐蚀、并除去表面腐蚀产物后试件的质量，g；S 为试件暴露在腐蚀环境中的表面积，m2；t为试件腐蚀的时间，h 。用单位时间内的腐蚀深度表示金属的腐蚀速率即为： vt= v x 365 x 24 x10/(10000r)=8.76 x v/r式中，vt为年腐蚀深度，mma； 为实验金属材料的密度，gcm3；v为失重腐蚀速率，g(m2h)。二 试验方法 本实验着重采用控制变量法来一一测得各因素对腐蚀的影响。 第一，流速的研究 在研究流速的影响时，选用的实验条件为：温度为70度，水质量分数为15%，砂质量分数为1.0%，二氧化碳压力为1.8MPa。实验设计时的流速分别为0.5m/s,1m/s,和2 m/s。这基本上涵盖了油气管线的常用流速范围。具体步骤如下：将X65用100#、400#、800#水砂纸逐级磨光，丙酮擦洗，干燥备用（称重洗后的试片应避免用手直接接触，在空气湿度较大时，最好放入干燥器内，以防生锈）并测量工作面的尺寸,计算其表面积。试验结束后用蒸馏水冲洗式样表面去除腐蚀产物后用乙醇和丙酮除水，吹干，称重，计算其腐蚀速率。此样品需准备多份以备用。 腐蚀模拟装置为高温高压磁力驱动反应釜。将试样装入夹具后，加入腐蚀液介质（配好的模拟原油液），密封好高压釜。拧开气罐阀门通入二氧化碳气体除氧2小时，停止通入二氧化碳，然后对腐蚀液相介质加热，待温度升至70度后，通入二氧化碳至1.8MPa，关闭二氧化碳气罐阀门，最后调节旋转装置，使液相介质速率为0.5m/s。待各种参数稳定后记录实验开始时间。此实验最好进行相对较长的时间以便使腐蚀进行的比较明显，这样能够得到较好的结论。实验结束后，取出样品后采用扫描电镜和X射线衍射仪对试片进行表面形貌和腐蚀产物分析,然后用蒸馏水冲洗式样表面去除腐蚀产物后用乙醇和丙酮除水，吹干，称重，计算其腐蚀速率。最后如上述所示对1m/s,和2 m/s的流速分别进行实验并进行编号，分析结果。第二，水含量的研究在研究水含量的影响时所采用的实验条件为：温度70度，流速为2m/s,砂的质量分数为1.0%，二氧化碳压力为1.8MPa。水的质量分数分别选择15%、60%、90%，以模拟油田主要的含水状况。将处理好试样装入夹具后，加入腐蚀液介质（配好的模拟原油液，其中水的质量分数选择15%），密封好高压釜。拧开气罐阀门通入二氧化碳气体除氧2小时，停止通入二氧化碳，然后对腐蚀液相介质加热，待温度升至70度后，通入二氧化碳至1.8MPa，关闭二氧化碳气罐阀门，最后调节旋转装置，使液相介质速率为2m/s。待各种参数稳定后记录实验开始时间。实验结束后，取出样品采用扫描电镜和X射线衍射仪对试片进行表面形貌和腐蚀产物分析并作上述相同处理计算腐蚀速率。然后如上述所示分别对水的质量分数为60%、90%进行实验并进行编号，分析结果。第三，砂质量分数的影响在研究砂质量分数的影响时所采用的实验条件为：温度70度，流速为2m/s, 水的质量分数为15%，二氧化碳压力为1.8MPa。砂的质量分数分别选择0%、0.5%、1.0%，以模拟现场的可能含沙情况。将处理好试样装入夹具后，加入腐蚀液介质（配好的模拟原油液，其中砂的质量分数选择0%、0.5%、1.0%），密封好高压釜。拧开气罐阀门通入二氧化碳气体除氧2小时，停止通入二氧化碳，然后对腐蚀液相介质加热，待温度升至70度后，通入二氧化碳至1.8MPa，关闭二氧化碳气罐阀门，最后调节旋转装置，使液相介质速率为2m/s。待各种参数稳定后记录实验开始时间并进行编号。实验结束后，取出样品采用扫描电镜和X射线衍射仪对试片进行表面形貌和腐蚀产物分析并作上述相同处理计算腐蚀速率。第四，二氧化碳分数的影响在研究二氧化碳分数的影响时所采用的实验条件为：温度70度，流速为2m/s, 水的质量分数为15%，砂的质量分数为1%。二氧化碳压力分别选择0.3MPa 1.4MPa 1.8MPa，以模拟现场可能的二氧化碳压力情况。具体操作: 将试样装入夹具后，加入腐蚀液介质（配好的模拟原油液，其中二氧化碳压力分别选择0.3MPa 1.4MPa 1.8MPa），密封好高压釜。拧开气罐阀门通入二氧化碳气体除氧2小时，停止通入二氧化碳，然后对腐蚀液相介质加热，待温度升至70度后，分别通入二氧化碳至0.3MPa 、1.4MPa 、1.8MPa，关闭二氧化碳气罐阀门，最后调节旋转装置，使液相介质速率为2m/s。待各种参数稳定后记录实验开始时间并进行编号。实验结束后，取出样品采用扫描电镜和X射线衍射仪对试片进行表面形貌和腐蚀产物分析并作上述相同处理计算腐蚀速率。第五，温度的影响在研究温度的影响时所采用的实验条件为：流速为2m/s, 水的质量分数为15%，砂的质量分数为1%。二氧化碳压力1.8MPa，温度分别选择30度、60度、90度以模拟现场可能的温度情况。具体操作: 将试样装入夹具后，加入腐蚀液介质（配好的模拟原油液，其中温度分别选择30度、60度、90度），密封好高压釜。拧开气罐阀门通入二氧化碳气体除氧2小时，停止通入二氧化碳，然后对腐蚀液相介质加热，待温度升至规定温度后，通入二氧化碳至1.8MPa，关闭二氧化碳气罐阀门，最后调节旋转装置，使液相介质速率为2m/s。待各种参数稳定后记录实验开始时间并进行编号。实验结束后，取出样品处理后采用扫描电镜和X射线衍射仪对试片进行表面形貌和腐蚀产物分析并作上述相同处理计算腐蚀速率。三 数据处理及实验总结取出样品处理后采用扫描电镜和X射线衍射仪对试片进行表面形貌和腐蚀产物分析，测得腐蚀产物的成分和结构组成及分析腐蚀产物与腐蚀的可能关系，例如腐蚀产物的保护作用，对点腐蚀的影响等。另外分别计算出腐蚀速率进行分析，并分别作出不同因素影响下的模拟曲线。具体如下：1 通过对表面形貌的观察可分析不同因素不同条件下形成的点腐蚀情况及整体腐蚀的大致表面情况。 2 通过计算腐蚀速率拟合速率与各影响因素间关系的图形找出不同单一变量情况下腐蚀速率变化与变量的规律，找出可能的最大腐蚀点或最优保护点（腐蚀速率在具体生产中的最小值），以便用于具体生产中。3分析腐蚀产物的组成及结构，看是否能形成产物保护作用或产物加剧腐蚀作用的情况，