摘要
煤层气是我国替代煤炭和石油的最具开采价值的能源，因其高效环保的特性逐渐被开采。但煤层气中含二氧化碳和携带含氯高矿化度产出水，导致煤层气在开采过程中井下油套管发生严重的腐蚀，甚至断裂，严重影响生产安全。当前煤层气研究集中在腐蚀影响因素（温度、CO2、O2、氯离子等）及其腐蚀影响机理，但煤层气的压力对腐蚀影响认识不系统且因采出水介质复杂难以模拟，另外压力对缓蚀剂防护性能影响规律和影响机制不清楚。因此，认识在现场采出液中的油套管腐蚀规律和腐蚀机理，以及缓蚀剂作用规律和缓蚀机理，将对煤层气油套管防护技术合理选择和煤层气安全生产具有极其重要的理论基础意义。 本论文为了模拟煤层气开采过程中高温高压以及含采出液的工况环境，采用高压釜在现场取液基础上开展压力对油套管腐蚀行为和缓蚀剂性能影响研究。在温度为60℃，含2.5%CO2且总压分别控制在1MPa/3MPa/5MPa/10MPa条件下，分析油管和套管在氯化钙型采出液腐蚀环境的液相/气相腐蚀形貌和失重腐蚀速率。在以上腐蚀环境中，引入咪唑林类CK-2缓蚀剂，分析油管和套管在液相/气相中腐蚀形貌和失重腐蚀速率。采用SEM、EDS及XRD技术对油管和套管腐蚀产物观察微观形貌，分析腐蚀产物、腐蚀产物物相组成。采用电化学测试技术（动电位极化曲线、交流阻抗谱）分析油套管电化学腐蚀程度和腐蚀行为。主要结论如下： （1）在不添加缓蚀剂条件下，油管和套管的腐蚀速率均随着压力的升高而增大；套管的腐蚀速率不论在液相/气相条件、各个压力下，整体来看腐蚀速率均大于油管的腐蚀速率；油管和套管在气相条件下的腐蚀速率均大于液相条件下的腐蚀速率。油管和套管的腐蚀产物均主要以Fe、C、O、Ca元素为主，腐蚀产物由CaCO3和FeCO3组成；宏观观察下油管基体表面腐蚀产物膜的颜色比套管基体表面腐蚀产物膜的颜色浅。随着压力的增加，油套管的阻抗值逐渐增加，但界面电阻（Rct）减小，则界面电化学反应活性增加；随着压力的增加，腐蚀电位略微向负方向偏移，腐蚀倾向增加，同时自腐蚀速率增加。 （2）添加缓蚀剂CK-2后，随着压力的升高油管和套管的腐蚀速率增大，则缓蚀效率下降；CK-2加入后油套管的腐蚀速率明显较未加缓蚀剂时低，其中CK-2对油管的腐蚀抑制尤为明显；加入CK-2后，油管和套管依然是气相条件下的腐蚀速率大于液相条件下的腐蚀速率。添加CK-2后，油管和套管的腐蚀产物元素和物相组成并未发生改变。加入缓蚀剂后，油套管的动电位极化曲线上出现明显钝化现象，自腐蚀电流密度明显下降，其中在同一压力条件下油管腐蚀下降程度较套管更为明显。 （3）在煤层气腐蚀环境中油套管主要发生二氧化碳腐蚀，氯离子主要破坏表面薄膜诱发点腐蚀。压力增加，煤层气中二氧化碳腐蚀性增强，腐蚀产物增多且疏松，腐蚀产物与金属基底的界面阻抗性下降，相应环境腐蚀性增强。在腐蚀环境中引入CK-2缓蚀剂后，吸附膜型缓蚀剂抑制阳极氧化反应更明显，使金属表面形成钝化膜。随着压力增加，缓蚀剂与金属表面相互作用降低，腐蚀速率增加，相应缓蚀效率下降。
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