摘要
在石油、天然气的开采、运输过程中，存在严重的CO2-H2S腐蚀，大大缩短油气井管道的使用寿命。碳钢和含Cr低合金钢是主要的管线钢材料，因此，对碳钢及含Cr低合金钢在CO2-H2S腐蚀机理研究尤为重要。目前，碳钢和含Cr低合金钢在CO2-H2S环境下腐蚀机理的研究鲜有报道。 腐蚀是一个复杂的过程，受多种环境因素和材料的影响，如温度、pH值、腐蚀性气体分压、溶液中离子的浓度和种类、应力、流体、合金元素和材料的显微组织等。上述影响因素之间存在相互竞争和相互依赖的关系，这对建立腐蚀热力学和动力学之间的定量关系造成了巨大的障碍。本研究考虑了金属/溶液/界面的“溶解-电离-沉积”过程，建立了一个“溶解-电离-沉积”模型，将腐蚀的热力学和动力学准确地联系起来。然后，将该模型应用于碳钢和低合金钢在CO2、H2S和CO2-H2S环境下的腐蚀研究。 在CO2环境下，25℃时20钢表面未出现产物膜，80℃和160℃时产物膜成分为FeCO3，随着温度的升高20钢的腐蚀速率先增加后降低，80℃＞160℃＞25℃;CO2压力从4MPa增加到5MPa腐蚀速率略微增加;在4MPaCO23m/s流速下腐蚀速率较静态增加;Cr元素的加入会促进Fe的溶解，降低FeCO3的成膜温度，在25℃时20Cr和20钢表面均未出现产物膜，腐蚀速率20Cr＞20钢。在80℃和160℃时，产物膜较致密，腐蚀速率20Cr＜20钢。 在H2S环境下，20钢在25℃和80℃下产物膜成分主要为FeS(Mackinawite)，当温度为160℃时，产物主要为FeS(Pyrrhotite)。随着温度的升高，20钢的腐蚀速率增加，160℃＞80℃＞25℃;在25℃时，腐蚀速率20Cr＞20钢。在80℃时，Cr元素对腐蚀速率影响较小。在160℃时，腐蚀速率20Cr＜20钢;H2S压力从0.1MPa降低到0.02MPa，20钢的腐蚀速率降低，20Cr表面会形成致密的含Cr产物膜，降低20Cr的腐蚀速率。 在CO2-H2S环境下，CO2/H2S分压比控制溶液中的离子浓度，从而控制产物膜的组分，同时产物膜的组分还受到温度的影响。结合腐蚀热力学与动力学计算得出，当温度为25℃时，20钢表面未出现产物膜;当温度为80℃时，CO2/H2S分压比0～140为H2S腐蚀控制，分压比为140～300为H2S和CO2共同控制;当温度为160℃时，CO2/H2S分压比为0～10为H2S腐蚀控制，分压比为10～300为H2S和CO2共同控制;同时，通过浸泡实验表征得到结果与计算结果相符合。在CO2-H2S环境下，Cr元素加入能加快产物膜的沉积，但是Cr(OH)3、FeCO3、FeS混合产物膜保护性能较差，容易发生点蚀。
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