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在油氣開發(fā)過程中，入井流體中含有CO₂，可與井下固有的CO₂共同作用于井筒管柱（油套管），同時CO₂驅油（CO₂-EOR）及酸化作業(yè)使油氣管道中的CO₂含量較高，溶解在水中的CO₂會對井筒管柱或設備造成嚴重腐蝕，甚至可能導致重大安全事故。溫度是影響CO₂腐蝕的重要因素。在CO₂腐蝕過程中，溫度會影響CO₂的溶解度、反應物和生成物的傳質速度，從而影響腐蝕速率。在溫度、壓力、溶液化學、腐蝕產(chǎn)物層等多種因素影響下CO₂腐蝕的機理一直是腐蝕領域關注的焦點。

油氣田常規(guī)井筒管柱材料主要為碳鋼。陳堯等的研究表明，在170 ℃、4.6 MPa CO₂分壓，5000 mg/L Na⁺和5000 mg/L Cl^-條件下，13Cr鋼在氣相和液相中的腐蝕速率分別為0.1064 mm/a和0.1795 mm/a，表面發(fā)生局部腐蝕，表面腐蝕產(chǎn)物膜比較粗糙且無規(guī)則。

YIN等研究了50~180 ℃時CO₂對碳鋼的腐蝕，結果表明：腐蝕產(chǎn)物層均勻地覆蓋在碳鋼表面，腐蝕產(chǎn)物層厚度隨溫度升高而減小，腐蝕產(chǎn)物主要為FeCO₃，在較高或較低的溫度下，還存在少量的Fe₃C或Fe₃O₄。

董曉煥等研究13Cr鋼在高溫環(huán)境中的腐蝕，結果表明：隨著溫度在150~200 ℃范圍內升高，腐蝕速率呈現(xiàn)下降的趨勢，在150 ℃時腐蝕速率達到峰值；同時溫度的變化會對材料表面腐蝕產(chǎn)物的組分和結構產(chǎn)生影響，當溫度達到200 ℃時，試樣表面產(chǎn)生較為致密的腐蝕產(chǎn)物層，且在破裂的腐蝕產(chǎn)物層上伴有粒狀腐蝕產(chǎn)物，腐蝕產(chǎn)物層對金屬基體具有一定的保護作用。

MUNDHENK等從動力學和熱力學角度討論了碳鋼在含CO₂的NaCl溶液中的腐蝕。結果表明，在80 ℃時，碳鋼表面腐蝕產(chǎn)物中鐵氧化物含量較低，因此碳鋼的初始腐蝕速率較高，直到形成具有中等保護作用、厚而多孔的FeCO₃膜后，碳鋼的腐蝕速率才有所降低；在160 ℃和240 ℃時，碳鋼表面形成納米尺寸的晶狀氧化鐵薄膜，可為基體金屬提供一定保護作用；在較高的溫度下，鐵氧化物的生成優(yōu)于FeCO₃。

FURUKAWA等在400~600 ℃、20 MPa的高溫超臨界CO₂環(huán)境中對T91等材料開展了長達8000小時的試驗研究。結果表明：試樣表面都被兩層連續(xù)的氧化層覆蓋，氧化層厚度與腐蝕后試樣的質量增加呈良好的比例關系，氧化層呈現(xiàn)拋物線生長規(guī)律；外氧化層又可分離出薄Fe₂O₃層和厚Fe₃O₄層；母材附近氧化層形成滲碳區(qū)，有大量M₂₃C₆析出。

李瑞濤等在650 ℃、25 MPa的高溫超臨界CO₂環(huán)境中對T23耐熱鋼進行了1000小時氧化試驗。結果表明，腐蝕產(chǎn)物由雙層結構組成，外層產(chǎn)物主要為Fe₃O₄，其氧化膜特征為疏松多孔，而內層氧化膜較為致密，含有大量尖晶石結構的產(chǎn)物，其成分為Fe_3-xCr_xO₄。

對碳鋼材料而言，在100～150 ℃溫度下，井筒管柱基體表面腐蝕產(chǎn)物主要為Cr₂O₃，生成的腐蝕產(chǎn)物含有Cr(OH)₃，該產(chǎn)物具有一定的陽離子選擇透過性。因此，Cr(OH)₃能有效降低腐蝕產(chǎn)物與金屬界面處的陰離子濃度，使得CO₃^2-直接與基體反應的過程受到抑制。在180~200 ℃時，腐蝕產(chǎn)物仍以Cr₂O₃的形式存在，但還存在Fe₃C或Fe₃O₄等腐蝕產(chǎn)物。經(jīng)400 ℃以上的CO₂腐蝕后，金屬基體表面會形成兩層連續(xù)的氧化層，外層主要為氧化鐵層，基體附近有大量的碳化物析出，或者生成大量的尖晶石結構的腐蝕產(chǎn)物。

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隨著油氣田開發(fā)環(huán)境的日益嚴峻，在高含H₂S地區(qū)，高溫H₂S腐蝕對井筒管柱的威脅較大。目前，關于低溫環(huán)境中H₂S腐蝕的研究較多，在腐蝕機理方面也取得了較大的進展，然而，在高溫環(huán)境中，對H₂S腐蝕的研究還不夠深入，對腐蝕機理認識也不夠深刻。

溫度是影響H₂S腐蝕的一個重要因素。GAO等在80~200 ℃下對低碳鋼進行了H₂S腐蝕試驗。結果表明，隨溫度的升高，低碳鋼的初始腐蝕速率先升高，然后快速下降并趨于穩(wěn)定，除200 ℃外，最終的穩(wěn)態(tài)腐蝕速率隨溫度的升高而降低，80、120、160、200 ℃時低碳鋼的腐蝕速率分別為4.1、3.8、1.8、2.5 mm/a；腐蝕產(chǎn)物由內外兩層組成，靠近鋼基體的內層為Fe₃O₄，外層腐蝕產(chǎn)物主要由Fe_1-xS、FeS、FeS₂組成。

BACKENSTO等研究發(fā)現(xiàn)：在260 ℃以下，硫化氫的腐蝕性不強；不同管材達到最大腐蝕速率的溫度也存在差異，對于碳鋼和低鉻鋼而言，達到最大腐蝕速率的溫度約為648.88 ℃，且隨著金屬中鉻含量的增加，這個值略微降低。

CLEITON等研究了石油對AISI 444鐵素體不銹鋼高溫焊接區(qū)腐蝕的影響，發(fā)現(xiàn)高溫熱影響區(qū)對H₂S腐蝕的敏感性較強，而且高溫處理對該材料鈍化層產(chǎn)生影響。

MEDVEDEVA等研究發(fā)現(xiàn)，高溫（高于260 ℃）有助于促進硫化合物的分解和H₂S的形成，因此油套管表面主要為富含硫的腐蝕性物質。

硫化氫高溫腐蝕反應是經(jīng)典的熱力學反應，SORELL等認為相界面處的化學反應速率近似等于反應物或反應產(chǎn)物從界面移出的速率即硫化速率；傳質機理涉及擴散過程，擴散過程是高溫H₂S腐蝕的控制因素，這是由溫度系數(shù)小的腐蝕反應與正常化學反應對比分析得出的結論。擴散速率的控制因素包括：擴散物質的性質、擴散介質的化學組成、物理結構和厚度、反應物的溶解度。在H₂S腐蝕反應過程中硫透過腐蝕產(chǎn)物向內遷移，金屬原子向外遷移，鐵的遷移速率高于鉻和鎳。井筒管柱與H₂S發(fā)生的反應為Fe+H₂S→Fe_xS_y+2H，其中Fe_xS_y有幾種形式，如FeS₂、Fe₉S₈等。

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在實際生產(chǎn)過程中，原油和天然氣中含有硫組分，在高溫環(huán)境中硫會與金屬表面反應形成硫化物，高溫硫腐蝕是一種比純氧化更為嚴重的高溫腐蝕形式。

溫度對硫腐蝕的影響主要體現(xiàn)在兩方面：一方面，溫度升高會促進硫、硫化氫及硫醇與管材的化學反應；另一方面，溫度升高還會促進非活性硫組分（如硫醚、二硫化物等）的分解，生成腐蝕性較強的活性硫。硫元素是一種強氧化劑，可以顯著改變環(huán)境的腐蝕性，使碳鋼類油氣管柱以較高的速率被腐蝕，同時增大耐蝕合金的局部腐蝕和SCC敏感性，從而增加了金屬管材的腐蝕風險。

鄧彤等研究發(fā)現(xiàn)，當溫度高于硫熔點時（112.8 ℃），吸附在試樣表面的元素硫表現(xiàn)出較強的氧化性，發(fā)生歧化反應，隨著pH和溫度的變化，反應中會不斷生成HS^-、S^2-、Cl^-及OH^-，上述離子會競爭吸附在氧空位，最終在金屬管材表面形成金屬硫化物膜。

在油氣生產(chǎn)、煉化過程中，硫化物成分會發(fā)生轉變，隨著溫度升高分子質量相對較大的硫化物會逐漸轉變成分子質量相對較小的硫化物。在120 ℃時，部分硫化物會發(fā)生分解。元素硫和H₂S之間也會發(fā)生轉化。H₂S被空氣氧化生成元素硫，元素硫與油氣中的烴類反應生成H₂S，硫化物腐蝕分布在低溫和高溫各部位，低溫環(huán)境中主要發(fā)生H₂S腐蝕，高溫環(huán)境中主要發(fā)生元素硫腐蝕，硫元素存在多價態(tài)，其形成的硫化物結構亦相當復雜，故產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象也多樣化。

硫醚與二硫化合物在130~160 ℃發(fā)生分解，硫化氫分解發(fā)生在250 ℃以上，在343～371 ℃時硫化物的腐蝕性極強，在超過427 ℃高溫環(huán)境中，其腐蝕性反而變緩和，約480 ℃時分解完畢。硫及其化合物的腐蝕特性匯總如下：

在油井生產(chǎn)過程中，原油中的硫組分對井筒管柱的腐蝕也是重要的研究。段永鋒等以新疆塔河高硫原油為原料進行了腐蝕評價。結果表明，原油中的活性硫與金屬管材生成硫化鐵腐蝕產(chǎn)物，該腐蝕產(chǎn)物膜在一定程度上起到了緩蝕的作用；同時，硫化物的附著力較小，在流速較高的部位如彎管內拐角及管徑突變區(qū)，腐蝕產(chǎn)物膜被氣流/液流沖刷，金屬表面失去保護作用，腐蝕速率加快。

井筒管柱材料中的鉻含量與其抗高溫硫腐蝕性能息息相關。鉻是具有鈍化傾向的元素，可使金屬管材表面發(fā)生鈍化，降低了管材對活性硫的吸收量。有文獻報道，金屬材料中含5%的鉻就能顯著提高其耐蝕性。

張民強等發(fā)現(xiàn)在煙氣/煤灰中腐蝕后S30432鋼表面腐蝕產(chǎn)物主要是Fe₂O₃和Cr₂O₃，由于管材中的鉻與氧氣反應生成了Cr₂O₃氧化膜，致密的Cr₂O₃膜在一定程度上表現(xiàn)出較好的耐蝕性。

在高溫高壓環(huán)境中，含硫組分腐蝕介質會加速向金屬基體滲透。ZENG等發(fā)現(xiàn)煤灰中的硫元素逐步滲入基體，與基體中鐵、鉻、鎳等元素發(fā)生反應，在基體與界面膜交接區(qū)域生成金屬硫化物，基體中的鉻含量下降，很難形成Cr₂O₃膜。同時，在高溫工況下，硫化氫會分解產(chǎn)生活性更強的硫，硫會與金屬管材發(fā)生反應生成FeS膜，也會與濕度較大的氣流接觸生產(chǎn)連多硫酸，在連多硫酸和軸向拉伸載荷的協(xié)同作用下，金屬管材發(fā)生連多硫酸應力腐蝕開裂（SCC）。

在油井生產(chǎn)實際工況中，硫組分以氣固兩相形式存在。研究氣固相硫協(xié)同的高溫腐蝕試驗具有實際意義。王健等對12Cr1MoVG和15CrMoG管材進行了氣固相硫協(xié)同的高溫（氣氛溫度為450 ℃）腐蝕試驗。結果表明，內層腐蝕產(chǎn)物中含大量硫元素，表層腐蝕產(chǎn)物中含有大量氧元素。當腐蝕介質為H₂S氣體時，金屬氧化層與H₂S發(fā)生反應。

在還原性環(huán)境中，F(xiàn)eS會穩(wěn)定存在，但氧分壓較低時，硫化物易被氧化，生成單質硫。單質硫沿金屬晶界向基體內部擴散，且與其他接觸元素反應生成硫化物，硫化物被氧化生成單質硫。在此循環(huán)過程中，金屬與基體的界面處始終存在硫化物。

硫化物陽離子的空位濃度較大，金屬原子在硫化物中具有高的擴散速率；同時，硫化物分子的體積較大，夾雜在氧化層中會導致腐蝕產(chǎn)物膜層應力不均并最終發(fā)生龜裂，造成金屬管材表面缺陷，為腐蝕性離子提供快速擴散通道，促進金屬基體的氧化和硫化的速率。當氧氣達到一定程度，S^2-快速氧化成硫單質或者SO₂。硫滲透進入基體，與鐵反應生成FeS。

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在常溫環(huán)境中，氫氣對井筒管柱的腐蝕影響并不大，但在高溫環(huán)境中，氫腐蝕普遍存在。氫腐蝕主要包括兩個過程：氫原子沿著金屬材料的晶界向內部擴散進入金屬內部；氫與金屬材料的組分發(fā)生反應。在高溫高壓環(huán)境中，氫分子體積較小，具有很強穿透能力，氫原子向晶界擴散的速率比向晶粒內擴散的速率大近100倍。氫進入金屬內部，未破壞顯微組織，但可能與其他組分生成氫化物，發(fā)生脫碳反應：

氫沿晶界擴散并滲入到基體內部使基體脫碳，造成井筒管柱的韌度和強度降低。

董超芳等利用高溫顯微鏡對碳鋼的氫腐蝕裂紋進行原位檢測。結果表明，在高溫高壓環(huán)境中，金屬中的碳化物反應生成CH₄氣體，造成氫致裂紋。這是由于氫腐蝕試樣被升溫至600 ℃后，氫腐蝕產(chǎn)生的CH₄氣體開始分解為碳和氫，氫能快速滲入基體并逸出。碳鋼表面無約束力，內部有高壓氣體，膨脹產(chǎn)生拉應力，不利于裂紋愈合，造成金屬損傷。

XU等研究了290 ℃高溫水中氫對純鎳的腐蝕影響。結果表明，深度擴散的氫原子可以從金屬原子中奪取電子，進而成為帶負電荷的氫原子。該過程可以通過削弱金屬鍵來促進表面的氧化。根據(jù)量子化學分子動力學計算，在化學吸附過程中，由于間隙氫的存在，金屬鍵發(fā)生了延伸。此外，間隙氫的存在也降低了金屬表面對氧的吸附能。

ENSOR等研究發(fā)現(xiàn)，氫化物形成產(chǎn)生的動力學轉變可能是腐蝕速率加速的原因。隨著氫含量的增加，動力學轉變產(chǎn)生裂紋的周期變短，氫化物形成的應力變化可能會導致腐蝕速率的增大。這也從側面反映了氫化物的形成會改變金屬材料的局部力學性能。倘若金屬材料硬度較大，不能適應氧化物生長應力，金屬與氧化物界面的臨界應力可能會更快達到，導致氧化物中局部動力學轉變提早發(fā)生。