超级13Cr管材在低H2S高CO2环境中的开裂敏感性研究

目的：针对IS15156标准中对超级13Cr-110马氏体不锈钢使用条件的限制，及不同研究者对其开裂条件的不同观点，研究超级13Cr-110马氏体不锈钢在不同温度、不同低H2S分压条件下的开裂敏感性。方法通过模拟我国西部酸性油田低H2S高CO2环境，利用高温高压设备，进行了三点弯曲试验，并结合失重法测试腐蚀速率。结果在硫化氢分压为6 kPa时，超级13Cr-110马氏体不锈钢腐蚀速率随温度降低而减小，80℃时仅0.0031 mm/a，但应力腐蚀开裂敏感性增加。在210℃条件下，当硫化氢分压从6 kPa升至165 kPa时，腐蚀速率变化不明显。同时，超级13Cr-110马氏体不锈钢的开裂敏感性降低，但长周期实验依然会发现裂纹。结论通过对裂纹及断口形貌分析发现，超级13Cr-110马氏体不锈钢在低H2S分压条件下的开裂类型为氢脆型硫化物应力腐蚀开裂，即局部钝化膜遭受破坏，进而发生点蚀，导致氢在应力集中区域聚集，最后发生氢脆。硫化氢分压从6 kPa增加到165 kPa，局部腐蚀受到抑制，由点蚀导致开裂的敏感性降低。超级13Cr-110马氏体不锈钢不一定能在标准中推荐的硫化氢分压不大于10 kPa的条件下使用。