| 11 | 0 | 19 |
| 下载次数 | 被引频次 | 阅读次数 |
[目的]本文揭示CO2前置压裂返排过程中CO2分压动态衰减对N80油管钢腐蚀行为的影响机制。[方法]采用高温高压动态腐蚀评价装置，模拟CO2分压由5 MPa逐步衰减至3、1和0.5 MPa的返排过程，通过失重法、三维光学显微镜、扫描电镜测定N80钢的均匀腐蚀速率、点蚀速率及腐蚀产物膜形貌与结构。[结果]在恒定CO2分压下，腐蚀速率随分压升高而增大，5 MPa时均匀腐蚀速率和点蚀速率分别达1.408 8 mm/a和4.063 7 mm/a，产物膜呈内致密外疏松双层结构。动态衰变条件下，相同终点分压的腐蚀速率显著低于恒定工况，衰变至1 MPa CO2时的点蚀速率(0.463 2 mm/a)较恒定1 MPa CO2(1.402 6 mm/a)降低约67%，表面趋于均匀平整。[结论]动态衰变过程中，初始高CO2阶段形成的致密FeCO3底层膜在后续低分压阶段发挥物理屏障与自修复协同作用，有效抑制点蚀。该“腐蚀遗传效应”为返排阶段管材选型提供了实验依据。
Abstract：[Objective] This study elucidates the influence mechanism of dynamic CO2 partial pressure decay on the corrosion behavior of N80 tubing steel during the flowback process of CO2 pre-fracturing. [Method] A high-temperature， high-pressure dynamic corrosion evaluation apparatus was employed to simulate the flowback process in which CO2 partial pressure gradually decreased from 5 MPa to 3 MPa， 1 MPa， and 0.5 MPa. The uniform corrosion rate， pitting corrosion rate， and the morphology and structure of corrosion product films on N80 steel were determined by the weight-loss method， 3D optical microscopy， and scanning electron microscopy. [Result] Under constant CO2 partial pressure， the corrosion rate increased with rising partial pressure. At 5 MPa， the uniform corrosion rate and pitting corrosion rate reached 1.408 8 mm/a and 4.063 7 mm/a， respectively， and the product film exhibited a dual-layer structure with a dense inner layer and a loose outer layer. Under dynamic decay conditions， the corrosion rates at the same final partial pressures were significantly lower than those under constant conditions. Specifically， the pitting corrosion rate after decay to 1 MPa CO2 (0.4632 mm/a) was reduced by approximately 67% compared with that under a constant CO2 partial pressure of 1 MPa (1.4026 mm/a)， and the surface tended to be more uniform and flat. [Conclusion] During the dynamic decay process， the dense FeCO3 inner film formed at the initial high CO2 stage exerts a synergistic effect of physical barrier and self-healing at the subsequent low partial pressure stage， effectively inhibiting pitting corrosion. This “corrosion genetic effect” provides experimental evidence for tubing material selection during the flowback stage.
[1] 高建伟， 黄鹏， 张思北， 等. 油气集输管道内腐蚀因素的研究进展[J]. 电镀与涂饰， 2026， 45(03): 56-66.
[2] 王梓麟， 朱卫平， 徐栋， 等. 鄂尔多斯盆地大吉区块深层煤岩气前置CO_(2)泡沫压裂技术[J]. 特种油气藏， 2025， 32(6): 158-164.
[3] 黄科翔. 玛湖砾岩油藏前置蓄能压裂中CO_(2)作用机理及参数优化研究[D]. 北京: 中国石油大学(北京)， 2021.
[4] 柴慧强， 晏继发， 路小甲， 等. 庆城油田前置CO_(2)压裂新工艺效果评价[C]//上海联合非常规能源研究中心， 上海科学技术交流中心. ECF2024第十四届亚太页岩油气暨非常规能源大会论文集. 2024:220-228.
[5] 崔传智， 钱银， 吴忠维， 等. 页岩油藏CO_(2)前置压裂对裂缝网络的影响[J]. 特种油气藏， 2026， 33(2): 72-78。
[6] 齐银， 薛小佳， 戴彩丽， 等. 页岩油储层前置CO_(2)压裂返排提高原油动用机理: 以长庆油田为例[J]. 西安石油大学学报(自然科学版)， 2025， 40(1): 32-38.
[7] 陈辉， 曹小朋， 张红欣， 等. 页岩油储层前置CO_(2)压裂液滤失规律与控制方法实验研究[J]. 石油实验地质， 2026， 48(1): 139-149.
[8] 李宏鑫. N80钢在油田高二氧化碳环境下的腐蚀行为[J]. 电镀与精饰， 2026， 48(1): 79-86.
[9] 李莎莎， 卢彩彬， 曹雪雅， 等. Q235碳钢在中性模拟土壤溶液中的缝隙腐蚀行为[J]. 电镀与涂饰， 2024， 43(10): 102-107.
[10] 赵国仙， 刘冉冉， 丁浪勇， 等. 温度对5Cr钢在模拟油田高温高压环境中CO_(2)腐蚀行为的影响[J]. 中国腐蚀与防护学报， 2024， 44(1): 175-186.
[11] 杨涛， 许磊， 王建春， 等. 油套管CO_(2)腐蚀和防护研究进展[J]. 中国腐蚀与防护学报， 2024， 44(5): 1134-1144.
[12] KAHYARIAN A， BROWN B， NESIC S. Electrochemistry of CO_(2 )corrosion of mild steel: Effect of CO_(2) on iron dissolution reaction[J]. Corrosion Science， 2017， 129: 146-151.
[13] BURKLE D， DE MOTTE R， TALEB W， et al. Development of an electrochemically integrated SR-GIXRD flow cell to study FeCO_(3) formation kinetics[J]. Review of Scientific Instruments， 2016， 87(10): 105125.
[14] 白海涛. CO_(2)-EOR过程中油管点蚀行为研究[D]. 成都: 西南石油大学，2019.
[15] WEI L， PANG X L， LIU C， et al. Formation mechanism and protective property of corrosion product scale on X70 steel under supercritical CO_(2) environment[J]. Corrosion Science， 2015， 100: 404-420.
[16] YE T C， ZHENG D J， PAN J， et al. Aging FeCO_(3) films for mitigating steel corrosion induced by temperature drops in dense phase CO_(2 )environments with confined free water[J]. Corrosion Science， 2025， 256: 113170.
[17] 杨琦， 周宇平， 雷浩然， 等. 表面粗糙度对CO_(2)环境中N80碳钢腐蚀行为的影响[J]. 机械工程材料， 2026， 50(4): 32-37.
[18] 黄居峰， 王晟楠， 王鑫， 等. 饱和CO_(2)环境中J55钢垢下腐蚀电化学演变机制[J]. 表面技术， 2026， 55(14): 33-43.
[19] 张伟， 赵泽辉， 闵鹏瑞， 等. N80套管钢腐蚀产物膜在碳封存环境长周期演化规律研究[J]. 化工学报， 2026， 1-17.
[20] 崔怀云， 梅鹏程， 刘智勇， 等. CO_(2)分压对N80油管钢在CO_(2)驱注井环空环境中应力腐蚀行为的影响[J].工程科学学报， 2020， 42(9): 1182-1189.
[21] 冯蓓， 杨敏， 李秉风， 等. 二氧化碳腐蚀机理及影响因素[J]. 辽宁化工， 2010， 39(9): 976-979.
[22] 李彦鹏， 朱世东， 李金灵， 等. 油气管道H_(2)S/CO_(2)腐蚀与防护技术研究进展[J]. 腐蚀与防护， 2022， 43(06): 1-6+12.
[23] 王珂， 储开建， 马彬等. CO_(2)环境下油管腐蚀与涂层油管应用研究[J]. 表面技术， 2016， 45(8): 1-6.
[24] 杨光， 王亚刚， 金小春， 等. 油气井二氧化碳腐蚀研究[J]. 全面腐蚀控制， 2008， (5): 24-26.
[25] 杨义兴， 衣德强， 马旭昇， 等. 温度、CO_(2)分压和流速对N80油管CO_(2)腐蚀行为的影响[J]. 材料保护， 2025， 58(9): 167-179.
[26] Hua Y， Barker R， Neville A. Comparison of corrosion behaviour for X65 carbon steel in supercritical CO_(2 )saturated water and water-saturated/unsaturated supercritical CO_(2)[J]. Journal of Supercritical Fluids， 2015， 97: 224-237.
[27] Dewaard C， Milliams D E. Carbonic acid corrosion of steel[J]. Corrosion， 1975， 31(6): 177-181.
[28] Ogundele G I， White W E， Some observations on corrosion of carbon steel in aqueous environments containing carbon dioxide[J]. Corrosion， 1986， 42(2): 71-78.
[29] 王凯然， 陈东旭，周艳文， 等. 油气管道在CO_(2)环境中的腐蚀行为与防护技术研究进展[J]. 辽宁科技大学学报， 2023， 46(6): 401-408.
[30] 李辉， 于海， 刘晓庆， 等. CO_(2)分压和矿化度对J55管材的腐蚀影响[J]. 腐蚀与防护， 2022， 43(10): 51-56+62.
[31] LI Y P， ZHU S D， XIAN J， et al. Electrochemical behavior of 2205 duplex stainless steel in simulated solution containing high concentration Cl~(-) and saturated CO_(2) at different temperatures[J]. Scientific Reports， 2022， 12(1): 11822.
[32] 范东升， 何川， 陈旭， 等. CO_(2)分压力对2205双相不锈钢在酸性油气田中腐蚀行为的影响[J]. 热加工工艺， 2019， 48(24): 50-55.
[33] 陈长风， 路民旭， 赵国仙， 等. N80油套管钢CO_(2)腐蚀产物膜特征[J]. 金属学报， 2002， (4): 411-416.
[34] PALACIOS C A， SHADLEY J R. Characteristics of corrosion scales on steels in a CO_(2)-saturated NaCl brine[J]. Corrosion， 1991， 47(2): 122-127.
[35] GUO S Q， XU L N， ZHANG L， et al. Corrosion of alloy steels containing 2% chromium in CO_(2 )environments[J]. Corrosion Science， 2012， 63(10): 246-258．
[36] BAI H T， WANG Y Q， MA Y， et al. Effect of CO_(2) Partial Pressure on the Corrosion Behavior of J55 Carbon Steel in 30% Crude Oil/Brine Mixture [J]. Materials， 2018， 11(9): 1765.
基本信息:
中图分类号:TE983
引用信息:
[1]王邃,李彦鹏,董易凡,等.CO_(2)浓度衰变对管柱腐蚀的影响规律[J].电镀与涂饰().
基金信息:
油气重大专项（2025ZD1408304）; 中国石油天然气股份有限公司科技项目（2024DJ9）
2026-10-10
2026-10-10
2026-10-10