随着常规油气藏的减少，非常规油气资源的开发利用已成为当前油气开采的主要研究方向。在全球已发现的非常规油气资源中，稠油储量占比超过2/3。但稠油具有黏度高、流动性差等特征，开采难度大。目前，注多元热流体吞吐技术已成为未来稠油开采的主要技术手段，然而该技术的应用易导致生产过程中2种腐蚀性气体CO2与O2同时出现，进而引发油井管的腐蚀失效。国内外学者对CO2-O2共存环境下材料的腐蚀行为已开展了较多研究，但就流速对材料在注多元热流体环境下腐蚀行为的影响研究较为匮乏。流动状态下CO2-O2共存环境中的腐蚀机制较为复杂，目前也鲜有研究能够对该环境下的腐蚀行为给出统一的解释。本研究以N80钢为材料，利用自主设计的高温高压多相流冲刷腐蚀环路装置，结合腐蚀模拟试验和原位电化学测试技术，研究了CO2-O2共存环境下流速对N80钢腐蚀行为的影响规律，探讨了不同流速条件下CO2腐蚀与O2腐蚀之间的交互作用机理，为稠油开采过程中的腐蚀控制提供了参考。
不同流速下N80钢腐蚀产物膜去除前后宏观形貌对比
不同流速下N80钢腐蚀产物膜截面微观形貌
N80钢在CO2-O2共存环境中不同流速下腐蚀168 h后的电化学阻抗谱测试结果
N80钢在CO2-O2共存环境中不同流速下腐蚀168 h后的极化曲线
1）在CO2-O2共存环境中随流速增大，N80钢平均腐蚀速率增大。由于流速加快了溶解氧扩散过程，腐蚀产物膜由0 m/s条件下均匀致密的单层结构转变为0.5~2.0 m/s条件下疏松多孔的双层结构，同时腐蚀产物由FeCO3加少量Fe2O3转变为FeCO3、Fe2O3和少量FeO(OH)。
2）原位电化学测试分析表明，CO2-O2共存环境中N80钢在0 m/s条件下体系受阴极氧扩散过程控制，0.5~2.0 m/s时变为阳极溶解过程控制，并且在0.5~2.0 m/s范围内，外层腐蚀产物膜电阻Rf1、扩散电阻W和电荷转移电阻Rct大小均随流速增大而减小，说明氧扩散阻力降低，腐蚀产物膜致密性下降，腐蚀速率增加。
3）流速增加使得N80钢近表面溶解氧含量增加，溶液中大量Fe2+被氧化成为Fe3+，导致外层产物膜形成。但对流传质过程加强，导致内外层腐蚀产物膜厚度降低，保护性减弱；同时，溶解氧侵入内层产物膜，将还原性FeCO3氧化形成Fe2O3，破坏了产物膜的完整性，导致腐蚀加剧。
陈宇凡, 林学强, 孙建波, 等. 注多元热流体环境下流速对 N80 钢腐蚀行为的影响研究[J]. 表面技术, 2024, 53(10): 124-133.
CHEN Yufan, LIN Xueqiang, SUN Jianbo, et al. Effect of Flow Rate on Corrosion Behavior of N80 Steel in a Multivariate Thermal Fluid Environment[J]. Surface Technology, 2024, 53(10): 124-133.
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审核|汪 潇
编辑|邓李旸
