316不锈钢在高温高压井口采油树的应用研究

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本文在316不锈钢理化性能分析的基础上,通过模拟工况的高温高压腐蚀速率测试、四点弯曲抗SCC性能测试和原位电化学测试,辅以缝隙腐蚀、晶间腐蚀以及冲蚀等标准测试方法,研究316不锈钢在井口高温高压、高腐蚀性苛刻环境中的耐蚀性能,探讨其作为采油树密封部位垫环槽堆焊材料的可行性。结果表明:316不锈钢的理化性能满足井口装置和采油树设备规范的要求。在高温CO2+H2S腐蚀环境中,316不锈钢具有良好的抗SCC性能;随着温度升高,316不锈钢的均匀腐蚀速率变化并不明显,在220℃时,其仅为0.0130mm/a,具有良好的抗均匀腐蚀能力;当H2S分压升高到2.0MPa时(220℃),316不锈钢的均匀腐蚀速率增加到0.0278mm/a,为中度腐蚀,并且试样表面出现明显点蚀。316不锈钢的腐蚀反应为阳极反应过程控制,由于钝化膜的保护作用,使其腐蚀速率保持在较低的水平;但是随着温度、H2S分压以及Cl-浓度的升高,316不锈钢钝化膜中出现金属硫化物,使其稳定性降低,极化电阻减小,抗腐蚀性能下降。标准缝隙腐蚀和晶间腐蚀试验结果表明:在高Cl-浓度环境中,316不锈钢抗缝隙腐蚀能力较差,并且随着温度升高,缝隙腐蚀愈加严重;316不锈钢在标准B法(硫酸-硫酸铁腐蚀试验)、C法(65%硝酸腐蚀试验)、E法(硫酸-硫酸铜腐蚀试验)溶液中发生了明显的晶间腐蚀。冲蚀试验结果表明:冲击角为30°时,316不锈钢试样的失重率最大,冲击角为90°正向冲击材料时,失重率最小,并在较高的固体颗粒流速下,316不锈钢失重率较高。316不锈钢作为高温高压气井井口采油树密封部位堆焊材料适用的温度应不超过220℃,硫化氢分压不高于0.5MPa。同时,应在采油树密封部位采取合理的结构设计和防护措施,以降低316不锈钢的缝隙腐蚀敏感性,并对采油树密封部位的流场进行优化设计,以改善气体在节流阀处的流速,从而降低316不锈钢的失重率。
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