酸性溶液中抽油杆用9Cr钢与20CrMo钢的腐蚀及力学性能对比

  随着我国各大油田开采年限的增加、海上油气开发以及油田高压开采等技术的推广,抽油杆的服役环境朝深井、强腐蚀、重油等方向发展,接触的环境越来越恶劣。抽油杆腐蚀的主要机理包括电化学腐蚀、CO2腐蚀和H2S腐蚀等,腐蚀形态主要分为均匀腐蚀和局部腐蚀,其中局部腐蚀以腐蚀裂纹、点蚀和坑蚀为主。特别是含H2S的油井环境中,目前普遍采用20CrMo材质制造抽油杆,但由于无法达到超高强度和高耐蚀性的需求,断裂事故不断发生,严重影响了原油产量,增加了修井费用,提高了采油成本。

  Cr是一种提高钢的耐酸腐蚀和耐氯盐腐蚀的较廉价的合金元素??蒲腥嗽蓖ü档虲、Mn、S、P含量,大幅度增加Cr元素含量,以探索开发一种低C高Cr超高强度耐腐蚀的抽油杆用钢—9Cr钢。针对现有高强度和新型超高强度抽油杆在H2S环境中耐蚀性研究的不足,通过在酸性溶液中的全浸试验和慢应变速率拉伸试验,对常用20CrMo和新型9Cr钢两种抽油杆材料的抗H2S腐蚀开裂性能进行了表征和对比。

  设计了一种新型的抽油杆用钢0.08C-9Cr(以下简称9Cr钢),采用真空感应冶炼,铸坯经1200℃保温1h后锻造成Φ25.4mm的圆棒,终锻温度900℃,锻后空冷至室温。对比材料为GB/T26075-2010标准D级抽油杆用20CrMo钢,直接从抽油杆成品中取样。

  9Cr钢圆棒热处理工艺:加热至860℃保温20min,然后空冷至室温,200℃回火1h后空冷至室温。20CrMo钢的热处理工艺为880℃淬火加500℃高温回火。对比试验得出如下结论:

 ?。?)NACE溶液浸泡试验及拟合结果表明,9Cr钢的耐蚀性明显好于20CrMo钢。9Cr钢在整个浸泡试验阶段腐蚀速率保持稳定。20CrMo钢浸泡初期的腐蚀速率与9Cr钢相当,随着浸泡时间的延长,腐蚀速率不断增加,明显高于9Cr钢。
 ?。?)在H2S环境溶液中的慢应变速率拉伸试验结果表明,9Cr钢的抗拉强度和拉断时间都高于20CrMo钢,但其断面收缩率显著小于20CrMo钢。9Cr钢的抗硫化氢应力腐蚀开裂性能较差,其主要原因是采用低温回火,强度更高。