第1章緒論1

1.1“三超”油氣井需求1

1.2超級13Cr不鏽鋼研究現狀2

1.3腐蝕類型2

1.3.1均勻腐蝕3

1.3.2局部腐蝕3

參考文獻6



第2章點蝕10

2.1概述10

2.2夾雜物與熱處理10

2.2.1夾雜物10

2.2.2熱處理14

2.3酸化環境25

2.3.1不同溫度25

2.3.2不同酸化循環階段26

2.3.3不同部位31

2.4完井液環境32

2.4.1形貌與組分32

2.4.2電位分布33

2.5開發環境35

2.5.1Cl－濃度的影響35

2.5.2溫度的影響36

2.5.3醋酸的影響40

2.5.4時間的影響44

2.5.5單質硫的影響45

2.5.6CO2分壓的影響47

2.5.7不同氣氛的影響48

2.6氣液相環境49

2.7臨界點蝕溫度51

2.8材質評價55

2.8.1四種13Cr繫列鋼55

2.8.2酸化壓裂模擬環境58

參考文獻63



第3章應力腐蝕67

3.1概述67

3.2腐蝕環境69

3.2.1完井液環境69

3.2.2開發環境80

3.3殘餘應力84

3.3.1殘餘應力的影響85

3.3.2殘餘應力的來源85

3.3.3殘餘應力的消除方法88

3.4應力腐蝕評價89

3.4.1標準條件89

3.4.2實際工況94

3.5全尺寸下管材的腐蝕行為114

3.5.1研究方法116

3.5.2斷裂位置和形態116

3.5.3油管內表面腐蝕坑及裂紋120

3.5.4油管接頭螺紋密封性能121

3.5.5油管機械性能122

3.5.6斷裂過程123

3.6防護技術125

3.6.1緩蝕劑種類125

3.6.2丙炔醇130

3.6.3季銨鹽133

參考文獻137



第4章縫隙腐蝕144

4.1概述144

4.2閉塞區內的臨界pH以及其影響因素144

4.2.1極化時間144

4.2.2極化電流密度146

4.2.3離子通道148

4.2.4溫度149

4.3縫隙腐蝕電化學腐蝕特征150

4.3.1溫度的影響150

4.3.2礦化度的影響159

4.3.3pH的影響163

4.4在含CO2模擬地層水中的縫隙腐蝕166

4.4.1無應力條件下的縫隙腐蝕167

4.4.2應力條件下的縫隙腐蝕174

4.5高溫高壓氣井生產階段管柱縫隙腐蝕180

參考文獻181



第5章其他腐蝕類型183

5.1概述183

5.2腐蝕疲勞183

5.2.1試驗條件184

5.2.2擴展曲線185

5.2.3斷口形貌186

5.2.4產物膜能譜186

5.2.5影響因素187

5.3電偶腐蝕189

5.3.1超級13Cr不鏽鋼與其他鉻鋼190

5.3.2超級13Cr不鏽鋼與4145H鑽鋌190

5.3.3超級13Cr不鏽鋼與P110碳鋼194

5.3.4超級13Cr不鏽鋼與N80碳鋼200

5.4衝蝕203

5.4.1影響因素204

5.4.2交互作用209

5.4.3數值模擬218

5.5磨蝕220

5.5.113CrS-13Cr磨損220

5.5.2其他材料磨損224

參考文獻230

隨著工業化水平的提高和經濟的發展，對石油、天然氣等能源的需求日益增加，為緩解能源緊張，油氣勘探開采範圍逐漸擴大至管材服役工況條件惡劣的地區。目前，我國油氣勘探開發正逐步向塔裡木、四川盆地等深部、復雜地層推進。完井與開發過程中的苛刻環境致使普通材質的油套管材料無法滿足其嚴苛的耐蝕性需要，為了保證生產的安全與高效，高強度和韌性匹配、具有良好耐蝕性能及成本相對較低的超級13Cr馬氏體不鏽鋼成為油氣井鑽采過程中的耐蝕材料。

經過眾多研究者多年的努力，超級13Cr馬氏體不鏽鋼已經實現由進口到出口的轉變，在塔裡木、西南、長慶等油氣田得到大批量應用的同時，成批出口到美國、加拿大等國，並成功打開中東市場大門。然而，在現場應用的過程中，依然出現或多或少的局部腐蝕，導致管材因腐蝕發生穿孔、斷裂等而失效。筆者在國家自然科學基金、陝西省自然科學基金、中國石油天然氣集團公司應用基礎研究、國家油氣重大專項示範工程建設、中國石油科技創新基金等項目的支持下，對超級13Cr馬氏體不鏽鋼在完井和開發過程中所遭受的點腐蝕、應力腐蝕、縫隙腐蝕等方面做了大量的研究與探索。

書中第2章、第5章由魚濤執筆，第3章由朱世東執筆，第4章由袁軍濤執筆，屈撐囤編寫其他章節並負責全書的統稿工作。

本書由西安石油大學優秀學術著作出版基金、中國石油天然氣集團公司石油科技圖書出版專項基金聯合資助出版。在編寫過程中，參考了國內外多位學者的研究結果，得到了西安石油大學多位老師和研究生以及中國石油集團石油管工程技術研究院諸位領導和專家的大力支持和幫助，在此深表感謝。

限於編者學識水平，書中不足和疏漏之處在所難免，懇請讀者給予批評指正！



編者

2021年5月