苛刻油气环境下不锈钢腐蚀机理与寿命预测

目录
前言
第1章 深地苛刻油气环境下HP-13Cr不锈钢腐蚀研究进展 1
1.1 深地苛刻油气环境的特点 1
1.2 深地苛刻油气环境下HP-13Cr不锈钢腐蚀的研究进展与问题 3
1.2.1 深地苛刻油气环境中金属腐蚀的热力学问题（E-pH图） 4
1.2.2 深地苛刻油气环境中油井管的腐蚀机理 5
1.3 深地苛刻油气环境中油井管的点蚀寿命预测模型 8
1.3.1 经验模型 9
1.3.2 半经验模型 9
1.3.3 机理模型 10
1.4 不锈钢点蚀寿命预测模型 11
1.4.1 不锈钢点蚀的随机性模型 12
1.4.2 不锈钢点蚀的确定性模型 16
1.5 深地苛刻油气环境下HP-13Cr不锈钢腐蚀研究的关注点 20
参考文献 20
第2章 深地苛刻油气环境下的腐蚀测试技术 24
2.1 高温高压静态测试技术 24
2.1.1 高温高压酸化反应釜 24
2.1.2 高温高压电化学反应釜 26
2.1.3 高温高压应力腐蚀断裂测试系统 26
2.2 高温高压动态测试技术 29
2.3 高通量实验方法 30
2.3.1 高通量动态浸泡实验方法 30
2.3.2 应力-流速-温度/压力的多因素耦合的高通量实验方法 36
参考文献 38
第3章 深地苛刻油气环境下HP-13Cr不锈钢的腐蚀热力学 40
3.1 E-pH图的计算方法 40
3.1.1 复杂体系下多元E-pH图计算 40
3.1.2 Cl-活度对E-pH图的影响 42
3.1.3 HCO3-和CO32-活度对E-pH图的影响 43
3.1.4 压力对腐蚀产物稳定性的影响 44
3.1.5 腐蚀产物的热力学数据计算 44
3.2 深地苛刻油气环境下HP-13Cr不锈钢的E-pH图（离子浓度为10-6mol/L） 44
3.3 深地苛刻油气环境下HP-13Cr不锈钢的E-pH图（离子浓度为10-8mol/L） 50
3.4 深地苛刻油气环境下HP-13Cr不锈钢的动电位极化曲线和溶液pH 54
3.5 深地苛刻油气环境下HP-13Cr不锈钢的钝化膜成分 56
3.6 温度、压力、离子浓度对E-pH图的影响 57
3.7 深地苛刻油气环境下HP-13Cr不锈钢的腐蚀在E-pH图上的分布区域 60
3.8 本章小结 60
参考文献 61
第4章 深地苛刻油气环境下HP-13Cr不锈钢的腐蚀产物膜 62
4.1 HP-13Cr不锈钢的腐蚀电化学行为 63
4.2 HP-13Cr不锈钢腐蚀产物膜的显微结构 64
4.3 HP-13Cr不锈钢腐蚀产物膜的化学成分 68
4.4 HP-13Cr不锈钢腐蚀产物膜的半导体特征 73
4.5 HP-13Cr不锈钢腐蚀产物膜内空穴的扩散系数 75
4.6 腐蚀产物膜的成膜机理 77
4.6.1 溶液水化学 78
4.6.2 “金属/腐蚀产物膜”的界面反应 79
4.6.3 “腐蚀产物膜/溶液”的界面反应 81
4.7 腐蚀产物膜的点蚀敏感性 83
4.7.1 Cl-吸附的影响 83
4.7.2 空位在腐蚀产物膜中的扩散通量 84
4.8 本章小结 85
参考文献 85
第5章 HP-13Cr不锈钢高温酸化缓蚀剂的失效机制 89
5.1 石油的开采过程概述 89
5.2 HP-13Cr不锈钢在完井过程中的腐蚀行为 91
5.2.1 腐蚀速率和宏观形貌 91
5.2.2 腐蚀产物膜的微观形貌 92
5.2.3 腐蚀产物膜的截面形貌 97
5.3 腐蚀类型 100
5.4 腐蚀产物膜的成分和微观结构 102
5.4.1 XRD分析 102
5.4.2 腐蚀产物膜的TEM观察 103
5.4.3 XPS分析 105
5.5 HP-13Cr不锈钢在完井过程中的电化学腐蚀行为 106
5.6 HP-13Cr不锈钢与Cu膜间的电偶腐蚀作用 108
5.7 完井过程中缓蚀剂的失效机制 109
5.7.1 鲜酸酸化与残酸返排之间协同作用的机理 109
5.7.2 鲜酸酸化、残酸返排和产出水之间协同作用的机理 111
5.8 本章小结 112
参考文献 112
第6章 氧化皮对HP-13Cr不锈钢酸化过程的影响 115
6.1 氧化皮对HP-13Cr不锈钢腐蚀速率的影响 116
6.2 HP-13Cr不锈钢的腐蚀形貌 118
6.2.1 HP-13Cr不锈钢的表面腐蚀形貌 118
6.2.2 HP-13Cr不锈钢的截面腐蚀形貌 121
6.3 氧化皮对腐蚀产物成分的影响 125
6.3.1 腐蚀产物的相组成 125
6.3.2 腐蚀产物的元素分布 125
6.4 氧化皮对腐蚀产物/基体界面上腐蚀行为的影响 128
6.5 本章小结 131
参考文献 131
第7章 深地苛刻油气环境下流体对HP-13Cr腐蚀行为的影响机理 134
7.1 流体的计算 134
7.2 深地苛刻油气环境下流体对HP-13Cr不锈钢的腐蚀行为 135
7.2.1 腐蚀速率和宏观形貌 135
7.2.2 去除钝化膜后HP-13Cr不锈钢的显微形貌 136
7.3 HP-13Cr不锈钢在深地苛刻油气环境中的电化学行为 139
7.3.1 动电位极化曲线 139
7.3.2 恒电位极化曲线 141
7.3.3 Mott-Schottky曲线 142
7.4 钝化膜的成分及微观结构 143
7.4.1 XPS分析 143
7.4.2 TEM分析 145
7.5 钝化膜的力学性能 148
7.6 壁面剪切力对钝化膜成膜及破裂机制的影响 150
7.7 壁面剪切力对HP-13Cr不锈钢点腐蚀行为的影响 152
7.7.1 点蚀在水平方向上的生长 152
7.7.2 点蚀在垂直方向上的生长 155
7.8 本章小结 157
参考文献 157
第8章 深地苛刻油气环境下HP-13Cr不锈钢的应力腐蚀断裂行为 159
8.1 应力腐蚀敏感性 160
8.2 断裂形貌 163
8.3 产出水环境水化学计算 166
8.4 拉应力对HP-13Cr不锈钢电化学行为的影响 168
8.5 应力腐蚀临界应力强度因子（KⅠSCC） 170
8.6 深地苛刻油气环境下HP-13Cr不锈钢的应力腐蚀机制 171
8.7 点蚀-裂纹转变过程 173
8.8 本章小结 177
参考文献 179
第9章 酸化过程对HP-13Cr不锈钢应力腐蚀行为的影响 181
9.1 酸化后HP-13Cr不锈钢的应力腐蚀敏感性 181
9.2 酸化后HP-13Cr不锈钢的断裂形貌 183
9.3 酸化后HP-13Cr不锈钢的电化学行为 184
9.4 酸化后应力腐蚀裂纹起源 185
9.5 酸化后HP-13Cr不锈钢表面粗糙度、水化学和应力集中对应力腐蚀开裂的交互作用 187
9.6 本章小结 189
参考文献 190
第10章 “溶解-电离-沉积”模型—连接腐蚀热力学与动力学的尝试 191
10.1 “溶解-电离-沉积”模型 192
10.1.1 界面阳离子浓度—阳极溶解 193
10.1.2 界面pH—电离与水解 199
10.1.3 腐蚀产物的沉积及其保护性 201
10.2 “溶解-电离-沉积”模型在腐蚀速率预测方面的应用 205
10.3 合金元素Cr的影响：“溶解-电离-沉积”模型在耐蚀合金设计方面的初探 210
10.4 本章小结 217
参考文献 217
第11章 点蚀全周期过程的寿命预测模型 220
11.1 点蚀诱导时间 221
11.1.1 Erp确定 222
11.1.2 OCP的演变 224
11.1.3 稳态点蚀形成时间 229
11.1.4 点蚀诱导时间确定 232
11.2 点蚀生长时间模型 234
11.3 腐蚀寿命预测模型的验证 239
11.4 本章小结 241
参考文献 241
第12章 深地苛刻油气环境下HP-13Cr不锈钢腐蚀寿命预测技术 243
12.1 点蚀诱导时间 245
12.1.1 Erp确定 245
12.1.2 OCP演变 247
12.1.3 稳态点蚀形成时间 248
12.2 不同温度和压力条件下的点蚀生长时间模型 252
12.3 不同流速条件下的点蚀生长时间模型 259
12.4 不同应力条件下的点蚀寿命模型 265
12.4.1 不同拉应力条件下的点蚀寿命模型 266
12.4.2 不同压应力条件下的点蚀寿命模型 272
12.5 深地苛刻油气环境下多自由度的HP-13Cr不锈钢点蚀寿命模型 277
12.5.1 析因试验设计 277
12.5.2 析因试验条件的确定 279
12.5.3 多自由度点蚀寿命预测模型的建立 280
12.6 本章小结 285
参考文献 286