含酸性气体的多相流对集输管材的诱导电化学腐蚀机理及预测研究

随着越来越多高含硫酸性气藏投入开发，在开采过程中，当含硫高酸性气体到达地面伴随温度及压力的降低，元素硫从烃类流体中析出形成固相，进而形成气-液-固多相流动。多相流的存在对管材的腐蚀加重并严重威胁井筒和环境的安全。项目分析含硫高酸性气藏开采中形成多相流的形式及影响因素，找到导致管材腐蚀失效的原因，基于"多相流体动力学"、"多相介质腐蚀动力学""腐蚀电化学"理论，借助动态旋转冲刷腐蚀装置、电化学工作站等试验设备，利用电化学阻抗谱和激光多普勒测速技术，及材料的现代表面分析技术SEM，XPS，XRD，模拟有固相硫存在的高速冲刷腐蚀环境中，弄清多相流对管材的诱导电化学腐蚀的程度及气-液-固共存下段塞流对管材造成加剧电化学腐蚀诱导作用机理，并进一步建立含酸性气体多相流对管材的腐蚀预测模型。项目首次系统地对含硫高酸性气井段塞流对管材的诱导加速腐蚀理论和模型进行研究，有利于高含硫气井安全开发。

根据川渝、新疆地区酸性气田集输管线钢腐蚀行为特性的调研结果，针对管线运行过程参数、管线铺设及生产资料，设计并制作动态循环流动腐蚀实验方法及装置，运用该装置开展一系列模拟现场高温高压动态循环多相流冲刷腐蚀实验，分别研究温度、流速、腐蚀介质pH值、矿化度以及输送介质中聚合物浓度对20#、X65、X70、L360管线钢以及耐蚀合金625、825、316L不锈钢腐蚀作用的影响规律，探讨多相流冲刷环境腐蚀作用机制、诱导加速过程，分析腐蚀介质中聚合物含量的变化对管线钢腐蚀进程的影响以及其腐蚀速率的变化，运用极化曲线和EIS技术研究电化学反应进程促使腐蚀产物膜的形成机制，并对腐蚀产物膜的微观结构进行综合分析，采用Devanathan & Stachurski双电解池电化学氢渗透方法研究了多相流酸性环境中原子氢的扩散作用对管线钢腐蚀作用的诱导行为特性。.实验结果表明管线钢材质是腐蚀的决定性因素，其中耐蚀合金625、合金825在多相流冲刷腐蚀环境中无明显腐蚀特征，316L不锈钢腐蚀轻微，碳钢L360腐蚀较为严重；腐蚀介质流速和相态对20#、X65、X70、L360管线钢腐蚀作用影响程度较大，且对于不同材质的管线钢影响规律不同，气相中的湿度对腐蚀作用有显著影响，在高流速冲刷作用有助于加速腐蚀介质与表面腐蚀产物的传质作用，导致腐蚀速率急剧增大；而在低温液相环境条件下，腐蚀的作用机制是：腐蚀介质穿过腐蚀产物膜与基材发生腐蚀并产生新的腐蚀产物，新的腐蚀产物从基体表层向腐蚀介质中逐步扩散运移，因而致密性、保护性良好的腐蚀产物膜难以形成；酸性气田多相流环境中，碳钢的腐蚀产物FeS化合物存在多种化学结构，腐蚀产物膜中含有大量片状、整体性较好的大尺寸四方硫铁矿以及小尺寸颗粒状的硫复铁矿。.酸性气田多相流冲刷腐蚀环境中，冲刷腐蚀所引起的电化学腐蚀加速行为可通过合理的选材来避免，利用腐蚀速率预测模型计算腐蚀速率，通过合理选择耐电化学腐蚀的碳钢材料而不是直接选用不锈钢或合金钢来解决腐蚀问题，不仅通过选材解决了腐蚀问题，而且能够避免仅仅因腐蚀问题而提高管线钢材质等级而造成的经济损失。