苛刻油氣環(huán)境下不銹鋼腐蝕機理與壽命預測

目錄
前言
第1章 深地苛刻油氣環(huán)境下HP-13Cr不銹鋼腐蝕研究進展 1
1.1 深地苛刻油氣環(huán)境的特點 1
1.2 深地苛刻油氣環(huán)境下HP-13Cr不銹鋼腐蝕的研究進展與問題 3
1.2.1 深地苛刻油氣環(huán)境中金屬腐蝕的熱力學問題（E-pH圖） 4
1.2.2 深地苛刻油氣環(huán)境中油井管的腐蝕機理 5
1.3 深地苛刻油氣環(huán)境中油井管的點蝕壽命預測模型 8
1.3.1 經(jīng)驗模型 9
1.3.2 半經(jīng)驗模型 9
1.3.3 機理模型 10
1.4 不銹鋼點蝕壽命預測模型 11
1.4.1 不銹鋼點蝕的隨機性模型 12
1.4.2 不銹鋼點蝕的確定性模型 16
1.5 深地苛刻油氣環(huán)境下HP-13Cr不銹鋼腐蝕研究的關注點 20
參考文獻 20
第2章 深地苛刻油氣環(huán)境下的腐蝕測試技術 24
2.1 高溫高壓靜態(tài)測試技術 24
2.1.1 高溫高壓酸化反應釜 24
2.1.2 高溫高壓電化學反應釜 26
2.1.3 高溫高壓應力腐蝕斷裂測試系統(tǒng) 26
2.2 高溫高壓動態(tài)測試技術 29
2.3 高通量實驗方法 30
2.3.1 高通量動態(tài)浸泡實驗方法 30
2.3.2 應力-流速-溫度/壓力的多因素耦合的高通量實驗方法 36
參考文獻 38
第3章 深地苛刻油氣環(huán)境下HP-13Cr不銹鋼的腐蝕熱力學 40
3.1 E-pH圖的計算方法 40
3.1.1 復雜體系下多元E-pH圖計算 40
3.1.2 Cl-活度對E-pH圖的影響 42
3.1.3 HCO3-和CO32-活度對E-pH圖的影響 43
3.1.4 壓力對腐蝕產(chǎn)物穩(wěn)定性的影響 44
3.1.5 腐蝕產(chǎn)物的熱力學數(shù)據(jù)計算 44
3.2 深地苛刻油氣環(huán)境下HP-13Cr不銹鋼的E-pH圖（離子濃度為10-6mol/L） 44
3.3 深地苛刻油氣環(huán)境下HP-13Cr不銹鋼的E-pH圖（離子濃度為10-8mol/L） 50
3.4 深地苛刻油氣環(huán)境下HP-13Cr不銹鋼的動電位極化曲線和溶液pH 54
3.5 深地苛刻油氣環(huán)境下HP-13Cr不銹鋼的鈍化膜成分 56
3.6 溫度、壓力、離子濃度對E-pH圖的影響 57
3.7 深地苛刻油氣環(huán)境下HP-13Cr不銹鋼的腐蝕在E-pH圖上的分布區(qū)域 60
3.8 本章小結 60
參考文獻 61
第4章 深地苛刻油氣環(huán)境下HP-13Cr不銹鋼的腐蝕產(chǎn)物膜 62
4.1 HP-13Cr不銹鋼的腐蝕電化學行為 63
4.2 HP-13Cr不銹鋼腐蝕產(chǎn)物膜的顯微結構 64
4.3 HP-13Cr不銹鋼腐蝕產(chǎn)物膜的化學成分 68
4.4 HP-13Cr不銹鋼腐蝕產(chǎn)物膜的半導體特征 73
4.5 HP-13Cr不銹鋼腐蝕產(chǎn)物膜內(nèi)空穴的擴散系數(shù) 75
4.6 腐蝕產(chǎn)物膜的成膜機理 77
4.6.1 溶液水化學 78
4.6.2 “金屬/腐蝕產(chǎn)物膜”的界面反應 79
4.6.3 “腐蝕產(chǎn)物膜/溶液”的界面反應 81
4.7 腐蝕產(chǎn)物膜的點蝕敏感性 83
4.7.1 Cl-吸附的影響 83
4.7.2 空位在腐蝕產(chǎn)物膜中的擴散通量 84
4.8 本章小結 85
參考文獻 85
第5章 HP-13Cr不銹鋼高溫酸化緩蝕劑的失效機制 89
5.1 石油的開采過程概述 89
5.2 HP-13Cr不銹鋼在完井過程中的腐蝕行為 91
5.2.1 腐蝕速率和宏觀形貌 91
5.2.2 腐蝕產(chǎn)物膜的微觀形貌 92
5.2.3 腐蝕產(chǎn)物膜的截面形貌 97
5.3 腐蝕類型 100
5.4 腐蝕產(chǎn)物膜的成分和微觀結構 102
5.4.1 XRD分析 102
5.4.2 腐蝕產(chǎn)物膜的TEM觀察 103
5.4.3 XPS分析 105
5.5 HP-13Cr不銹鋼在完井過程中的電化學腐蝕行為 106
5.6 HP-13Cr不銹鋼與Cu膜間的電偶腐蝕作用 108
5.7 完井過程中緩蝕劑的失效機制 109
5.7.1 鮮酸酸化與殘酸返排之間協(xié)同作用的機理 109
5.7.2 鮮酸酸化、殘酸返排和產(chǎn)出水之間協(xié)同作用的機理 111
5.8 本章小結 112
參考文獻 112
第6章 氧化皮對HP-13Cr不銹鋼酸化過程的影響 115
6.1 氧化皮對HP-13Cr不銹鋼腐蝕速率的影響 116
6.2 HP-13Cr不銹鋼的腐蝕形貌 118
6.2.1 HP-13Cr不銹鋼的表面腐蝕形貌 118
6.2.2 HP-13Cr不銹鋼的截面腐蝕形貌 121
6.3 氧化皮對腐蝕產(chǎn)物成分的影響 125
6.3.1 腐蝕產(chǎn)物的相組成 125
6.3.2 腐蝕產(chǎn)物的元素分布 125
6.4 氧化皮對腐蝕產(chǎn)物/基體界面上腐蝕行為的影響 128
6.5 本章小結 131
參考文獻 131
第7章 深地苛刻油氣環(huán)境下流體對HP-13Cr腐蝕行為的影響機理 134
7.1 流體的計算 134
7.2 深地苛刻油氣環(huán)境下流體對HP-13Cr不銹鋼的腐蝕行為 135
7.2.1 腐蝕速率和宏觀形貌 135
7.2.2 去除鈍化膜后HP-13Cr不銹鋼的顯微形貌 136
7.3 HP-13Cr不銹鋼在深地苛刻油氣環(huán)境中的電化學行為 139
7.3.1 動電位極化曲線 139
7.3.2 恒電位極化曲線 141
7.3.3 Mott-Schottky曲線 142
7.4 鈍化膜的成分及微觀結構 143
7.4.1 XPS分析 143
7.4.2 TEM分析 145
7.5 鈍化膜的力學性能 148
7.6 壁面剪切力對鈍化膜成膜及破裂機制的影響 150
7.7 壁面剪切力對HP-13Cr不銹鋼點腐蝕行為的影響 152
7.7.1 點蝕在水平方向上的生長 152
7.7.2 點蝕在垂直方向上的生長 155
7.8 本章小結 157
參考文獻 157
第8章 深地苛刻油氣環(huán)境下HP-13Cr不銹鋼的應力腐蝕斷裂行為 159
8.1 應力腐蝕敏感性 160
8.2 斷裂形貌 163
8.3 產(chǎn)出水環(huán)境水化學計算 166
8.4 拉應力對HP-13Cr不銹鋼電化學行為的影響 168
8.5 應力腐蝕臨界應力強度因子（KⅠSCC） 170
8.6 深地苛刻油氣環(huán)境下HP-13Cr不銹鋼的應力腐蝕機制 171
8.7 點蝕-裂紋轉(zhuǎn)變過程 173
8.8 本章小結 177
參考文獻 179
第9章 酸化過程對HP-13Cr不銹鋼應力腐蝕行為的影響 181
9.1 酸化后HP-13Cr不銹鋼的應力腐蝕敏感性 181
9.2 酸化后HP-13Cr不銹鋼的斷裂形貌 183
9.3 酸化后HP-13Cr不銹鋼的電化學行為 184
9.4 酸化后應力腐蝕裂紋起源 185
9.5 酸化后HP-13Cr不銹鋼表面粗糙度、水化學和應力集中對應力腐蝕開裂的交互作用 187
9.6 本章小結 189
參考文獻 190
第10章 “溶解-電離-沉積”模型—連接腐蝕熱力學與動力學的嘗試 191
10.1 “溶解-電離-沉積”模型 192
10.1.1 界面陽離子濃度—陽極溶解 193
10.1.2 界面pH—電離與水解 199
10.1.3 腐蝕產(chǎn)物的沉積及其保護性 201
10.2 “溶解-電離-沉積”模型在腐蝕速率預測方面的應用 205
10.3 合金元素Cr的影響：“溶解-電離-沉積”模型在耐蝕合金設計方面的初探 210
10.4 本章小結 217
參考文獻 217
第11章 點蝕全周期過程的壽命預測模型 220
11.1 點蝕誘導時間 221
11.1.1 Erp確定 222
11.1.2 OCP的演變 224
11.1.3 穩(wěn)態(tài)點蝕形成時間 229
11.1.4 點蝕誘導時間確定 232
11.2 點蝕生長時間模型 234
11.3 腐蝕壽命預測模型的驗證 239
11.4 本章小結 241
參考文獻 241
第12章 深地苛刻油氣環(huán)境下HP-13Cr不銹鋼腐蝕壽命預測技術 243
12.1 點蝕誘導時間 245
12.1.1 Erp確定 245
12.1.2 OCP演變 247
12.1.3 穩(wěn)態(tài)點蝕形成時間 248
12.2 不同溫度和壓力條件下的點蝕生長時間模型 252
12.3 不同流速條件下的點蝕生長時間模型 259
12.4 不同應力條件下的點蝕壽命模型 265
12.4.1 不同拉應力條件下的點蝕壽命模型 266
12.4.2 不同壓應力條件下的點蝕壽命模型 272
12.5 深地苛刻油氣環(huán)境下多自由度的HP-13Cr不銹鋼點蝕壽命模型 277
12.5.1 析因試驗設計 277
12.5.2 析因試驗條件的確定 279
12.5.3 多自由度點蝕壽命預測模型的建立 280
12.6 本章小結 285
參考文獻 286