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.
