苛刻油氣環(huán)境下不銹鋼腐蝕機(jī)理與壽命預(yù)測(cè)

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(jìn)展 1
1.1 深地苛刻油氣環(huán)境的特點(diǎn) 1
1.2 深地苛刻油氣環(huán)境下HP-13Cr不銹鋼腐蝕的研究進(jìn)展與問(wèn)題 3
1.2.1 深地苛刻油氣環(huán)境中金屬腐蝕的熱力學(xué)問(wèn)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(jī)理 5
1.3 深地苛刻油氣環(huán)境中油井管的點(diǎn)蝕壽命預(yù)測(cè)模型 8
1.3.1 經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?9
1.3.2 半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?9
1.3.3 機(jī)理模型 10
1.4 不銹鋼點(diǎn)蝕壽命預(yù)測(cè)模型 11
1.4.1 不銹鋼點(diǎn)蝕的隨機(jī)性模型 12
1.4.2 不銹鋼點(diǎn)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(guān)注點(diǎn) 20
參考文獻(xiàn) 20
第2章 深地苛刻油氣環(huán)境下的腐蝕測(cè)試技術(shù) 24
2.1 高溫高壓靜態(tài)測(cè)試技術(shù) 24
2.1.1 高溫高壓酸化反應(yīng)釜 24
2.1.2 高溫高壓電化學(xué)反應(yīng)釜 26
2.1.3 高溫高壓應(yīng)力腐蝕斷裂測(cè)試系統(tǒng) 26
2.2 高溫高壓動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù) 29
2.3 高通量實(shí)驗(yàn)方法 30
2.3.1 高通量動(dòng)態(tài)浸泡實(shí)驗(yàn)方法 30
2.3.2 應(yīng)力-流速-溫度/壓力的多因素耦合的高通量實(shí)驗(yàn)方法 36
參考文獻(xiàn) 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(xué) 40
3.1 E-pH圖的計(jì)算方法 40
3.1.1 復(fù)雜體系下多元E-pH圖計(jì)算 40
3.1.2 Cl-活度對(duì)E-pH圖的影響 42
3.1.3 HCO3-和CO32-活度對(duì)E-pH圖的影響 43
3.1.4 壓力對(duì)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(xué)數(shù)據(jù)計(jì)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(dòng)電位極化曲線(xiàn)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(duì)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(jié) 60
參考文獻(xiàn) 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(xué)行為 63
4.2 HP-13Cr不銹鋼腐蝕產(chǎn)物膜的顯微結(jié)構(gòu) 64
4.3 HP-13Cr不銹鋼腐蝕產(chǎn)物膜的化學(xué)成分 68
4.4 HP-13Cr不銹鋼腐蝕產(chǎn)物膜的半導(dǎo)體特征 73
4.5 HP-13Cr不銹鋼腐蝕產(chǎn)物膜內(nèi)空穴的擴(kuò)散系數(shù) 75
4.6 腐蝕產(chǎn)物膜的成膜機(jī)理 77
4.6.1 溶液水化學(xué) 78
4.6.2 “金屬/腐蝕產(chǎn)物膜”的界面反應(yīng) 79
4.6.3 “腐蝕產(chǎn)物膜/溶液”的界面反應(yīng) 81
4.7 腐蝕產(chǎn)物膜的點(diǎn)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(kuò)散通量 84
4.8 本章小結(jié) 85
參考文獻(xiàn) 85
第5章 HP-13Cr不銹鋼高溫酸化緩蝕劑的失效機(jī)制 89
5.1 石油的開(kāi)采過(guò)程概述 89
5.2 HP-13Cr不銹鋼在完井過(guò)程中的腐蝕行為 91
5.2.1 腐蝕速率和宏觀(guān)形貌 91
5.2.2 腐蝕產(chǎn)物膜的微觀(guān)形貌 92
5.2.3 腐蝕產(chǎn)物膜的截面形貌 97
5.3 腐蝕類(lèi)型 100
5.4 腐蝕產(chǎn)物膜的成分和微觀(guān)結(jié)構(gòu) 102
5.4.1 XRD分析 102
5.4.2 腐蝕產(chǎn)物膜的TEM觀(guān)察 103
5.4.3 XPS分析 105
5.5 HP-13Cr不銹鋼在完井過(guò)程中的電化學(xué)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(guò)程中緩蝕劑的失效機(jī)制 109
5.7.1 鮮酸酸化與殘酸返排之間協(xié)同作用的機(jī)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(jī)理 111
5.8 本章小結(jié) 112
參考文獻(xiàn) 112
第6章 氧化皮對(duì)HP-13Cr不銹鋼酸化過(guò)程的影響 115
6.1 氧化皮對(duì)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(duì)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(duì)腐蝕產(chǎn)物/基體界面上腐蝕行為的影響 128
6.5 本章小結(jié) 131
參考文獻(xiàn) 131
第7章 深地苛刻油氣環(huán)境下流體對(duì)HP-13Cr腐蝕行為的影響機(jī)理 134
7.1 流體的計(jì)算 134
7.2 深地苛刻油氣環(huán)境下流體對(duì)HP-13Cr不銹鋼的腐蝕行為 135
7.2.1 腐蝕速率和宏觀(guān)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(xué)行為 139
7.3.1 動(dòng)電位極化曲線(xiàn) 139
7.3.2 恒電位極化曲線(xiàn) 141
7.3.3 Mott-Schottky曲線(xiàn) 142
7.4 鈍化膜的成分及微觀(guān)結(jié)構(gòu) 143
7.4.1 XPS分析 143
7.4.2 TEM分析 145
7.5 鈍化膜的力學(xué)性能 148
7.6 壁面剪切力對(duì)鈍化膜成膜及破裂機(jī)制的影響 150
7.7 壁面剪切力對(duì)HP-13Cr不銹鋼點(diǎn)腐蝕行為的影響 152
7.7.1 點(diǎn)蝕在水平方向上的生長(zhǎng) 152
7.7.2 點(diǎn)蝕在垂直方向上的生長(zhǎng) 155
7.8 本章小結(jié) 157
參考文獻(xiàn) 157
第8章 深地苛刻油氣環(huán)境下HP-13Cr不銹鋼的應(yīng)力腐蝕斷裂行為 159
8.1 應(yīng)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(xué)計(jì)算 166
8.4 拉應(yīng)力對(duì)HP-13Cr不銹鋼電化學(xué)行為的影響 168
8.5 應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子（KⅠSCC） 170
8.6 深地苛刻油氣環(huán)境下HP-13Cr不銹鋼的應(yīng)力腐蝕機(jī)制 171
8.7 點(diǎn)蝕-裂紋轉(zhuǎn)變過(guò)程 173
8.8 本章小結(jié) 177
參考文獻(xiàn) 179
第9章 酸化過(guò)程對(duì)HP-13Cr不銹鋼應(yīng)力腐蝕行為的影響 181
9.1 酸化后HP-13Cr不銹鋼的應(yīng)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(xué)行為 184
9.4 酸化后應(yīng)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(xué)和應(yīng)力集中對(duì)應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的交互作用 187
9.6 本章小結(jié) 189
參考文獻(xiàn) 190
第10章 “溶解-電離-沉積”模型—連接腐蝕熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)的嘗試 191
10.1 “溶解-電離-沉積”模型 192
10.1.1 界面陽(yáng)離子濃度—陽(yáng)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(hù)性 201
10.2 “溶解-電離-沉積”模型在腐蝕速率預(yù)測(cè)方面的應(yīng)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(shè)計(jì)方面的初探 210
10.4 本章小結(jié) 217
參考文獻(xiàn) 217
第11章 點(diǎn)蝕全周期過(guò)程的壽命預(yù)測(cè)模型 220
11.1 點(diǎn)蝕誘導(dǎo)時(shí)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(diǎn)蝕形成時(shí)間 229
11.1.4 點(diǎn)蝕誘導(dǎo)時(shí)間確定 232
11.2 點(diǎn)蝕生長(zhǎng)時(shí)間模型 234
11.3 腐蝕壽命預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)證 239
11.4 本章小結(jié) 241
參考文獻(xiàn) 241
第12章 深地苛刻油氣環(huán)境下HP-13Cr不銹鋼腐蝕壽命預(yù)測(cè)技術(shù) 243
12.1 點(diǎn)蝕誘導(dǎo)時(shí)間 245
12.1.1 Erp確定 245
12.1.2 OCP演變 247
12.1.3 穩(wěn)態(tài)點(diǎn)蝕形成時(shí)間 248
12.2 不同溫度和壓力條件下的點(diǎn)蝕生長(zhǎng)時(shí)間模型 252
12.3 不同流速條件下的點(diǎn)蝕生長(zhǎng)時(shí)間模型 259
12.4 不同應(yīng)力條件下的點(diǎn)蝕壽命模型 265
12.4.1 不同拉應(yīng)力條件下的點(diǎn)蝕壽命模型 266
12.4.2 不同壓應(yīng)力條件下的點(diǎn)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(diǎn)蝕壽命模型 277
12.5.1 析因試驗(yàn)設(shè)計(jì) 277
12.5.2 析因試驗(yàn)條件的確定 279
12.5.3 多自由度點(diǎn)蝕壽命預(yù)測(cè)模型的建立 280
12.6 本章小結(jié) 285
參考文獻(xiàn) 286