钨合金镀层腐蚀性能研究

　　摘要：利用高温高压电化学测试反应釜、电化学工作站（含高温高压测试系统）对钨合金镀层和P110裸钢进行电化学测试，得出钨合金镀层在60？C、90？C、120？C三个温度下CO2分压1。0MP油田模拟腐蚀介质环境下的自腐蚀电位高于P110裸钢，钨合金镀层自腐蚀电流密度明显小于P110裸钢。研究表明，钨合金镀层的抗腐蚀性能明显优于P110裸钢。
　　关键词：钨合金镀层；P110钢；CO2；高温高压；耐腐蚀性
　　0。前言
　　随着油田开发进入高含水期，油井含水率不断上升，普遍超过换相点含水74，采油难度逐渐加大，腐蚀、结垢问题成为油水井管柱的失效的主要问题〔1〕。N80材质油管内壁通过钨合金镀层防腐处理后经过胜利油田、中原油田、南阳油田、江苏油田等国内各大油田实际应用已经证实钨合金镀层在防腐蚀、防结垢的优异特性〔2〕。本次试验研究针对P110材质经过钨合金镀层处理后在60、90、120三个温度下CO2分压1。0MP油田模拟腐蚀介质环境下的耐蚀性能明显优于P110裸钢。
　　1。实验材料及测试方法
　　1。1实验材料
　　高温高压电化学测试和高温高压腐蚀模拟实验采用P110裸钢和钨合金镀层两种材料。其中，电化学试样尺寸为工作面积为10mm10mm，厚度为5mm的台阶形试样，试样加工图纸见图1。
　　图1高温高压电化学测试用试样尺寸图
　　高温高压模拟实验试样尺寸为直径87mm，弧长30mm，面宽12mm，厚度4mm的弧形试样，每组试验选用二个平行试样。
　　1。2测试方法
　　电化学测试和腐蚀模拟实验采用介质按照油田采出水各种成分，利用去离子水和分析纯化学试剂配制而成。
　　电化学测试采用1。5L高温高压电化学反应釜和CHI660D电化学综合测试系统，电化学测试采用三电极体系，其中工作电极为P110裸钢和钨合金镀层，工作面积为1cm2，辅助电极为铂片电极，参比电极为日本东伸公司高温高压AgAgCl电极。高温高压腐蚀模拟实验采用3L高温高压磁力驱动CO2反应釜进行。
　　将P110和钨合金镀层两种材料加工成如图1所示的电化学试样，将其浸入盛有丙酮的烧杯中，放入超声波清洗仪中清洗20min，除掉试样表面的油污，用酒精清洗后冷风吹干。将铜导线焊接在试样上，分别使用环氧和硅胶进行电化学试样的封装。工作电极P110裸钢逐级打磨至800砂纸，钨合金镀层无需打磨，去离子水清洗，酒精脱水，冷风吹干。
　　测试前向溶液中通入高纯CO2（含量gt；99。99）气体10h以上，以除去溶液中溶解的氧。将电化学试样装入高温高压电化学反应釜中，再快速除氧1h后升温。达到实验设计要求时，立即监测自腐蚀电位（Ecorr）15min，待自腐蚀电位的波动范围稳定在1mV之内时，立即进行动电位极化曲线测量。动电位极化曲线测试电位范围：250mVvs。Ecorr，扫描速率为0。5mVs。测试过程中持续向溶液中通CO2，使其为CO2饱和溶液。
　　待测试结束后将相对于AgAgCl参比电极的电位转变为相对于饱和甘汞电极（SCE）电位，利用Origin软件进行数据分析并作图。
　　将P110裸钢和钨合金镀层材料加工成为腐蚀模拟实验用87mm的弧形试样，经过800砂纸打磨后，将其浸入盛有丙酮的烧杯中，放入超声波清洗仪中清洗20min，除掉试样表面的油污，酒精清洗冷风吹干；然后用精度0。1mg的电子分析天平称量试样的重量，用精度0。02mm的游标卡尺测量试样的尺寸，并计算试样腐蚀面的面积，记录测量的数据。然后将试样封装到试样夹具上。
　　腐蚀试验采用磁力驱动高温高压CO2反应釜。实验溶液在试验前用CO2除氧10h后，倒入反应釜后再除氧2h后升温，到设定的温度后，再增大CO2压力到1Mpa后开始计时，实验的周期为10天。
　　每组试验采用二个平行试样，试验结束后取出试样，经清水酒精冲洗吹干拍照；然后将试样放入除锈液中，去除腐蚀产物膜后清洗干燥，使用精度为0。1mg的电子分析天平称重。以同样的处理方法进行空白试样清洗和称重。腐蚀速率按照以下公式进行计算：
　　R：腐蚀速率，mma；
　　M：实验前的试样质量，mg；
　　Mt：实验后的试样质量，mg；
　　Mk：空白试样的失重，mg；
　　S：试样的总面积，cm2；
　　T：实验时间，h；
　　D：材料的密度，gcm3。
　　2。实验结果及分析
　　2。1高温高压电化学测试结果（图略）
　　2。2高温高压腐蚀模拟实验结果（图略）
　　3。实验结论与建议
　　（1）在CO2分压为1MPa，60、90和120三个温度高温高压油田模拟腐蚀介质条件下通过电化学测试得出，钨合金镀层的自腐蚀电位高于P110钢，钨合金镀层的自腐蚀电流密度明显小于P110裸钢，钨合金镀层的腐蚀性能明显优于P110钢。
　　（2）在CO2分压为1MPa，60、90和120三个温度下高温高压釜腐蚀实验由失重法得到，钨合金镀层具有显著优于P110钢的耐平均腐蚀、点蚀性能。
　　（3）油田用P110油管可以通过钨合金工艺处理，在油管内壁电镀钨合金镀层从而更好的起到油田防腐性能。
　　参考文献：
　　〔1〕万里平，唐酞峰，孟英峰。长庆油田油井井筒腐蚀机理与防护措施〔J〕。石油与天然气化工，2006，35（4）：311314