1、硫化氫腐蝕的影響因素1. 材料因素 在油氣田開發過程中鉆柱可能發生的腐蝕類型中， 以硫化氫腐蝕時材料因素的影 響作用最為顯著，材料因素中影響鋼材抗硫化氫應力腐蝕性能的主要有材料的顯 微組織、強度、硬度以及合金元素等等。 顯微組織對應力腐蝕開裂敏感性按下述順序升高 :鐵素體中球狀碳化物組織一完全淬火和回火組織T正火和回火組織一正火后組織一淬火后未回火的馬氏體組織。注：馬氏體對硫化氫應力腐蝕開裂和氫致開裂非常敏感， 但在其含量較少時， 敏 感性相對較小，隨著含量的增多，敏感性增大。（2） 強度和硬度 隨屈服強度的升高，臨界應力和屈服強度的比值下降，即應力腐蝕敏感性增加。 材料硬度的提高， 對硫化物

2、應力腐蝕的敏感性提高。 材料的斷裂大多出現在硬度大于HRC22（相當于HB2O0的情況下，因此，通常 HRC2刑作為判斷鉆柱材料 是否適合于含硫油氣井鉆探的標準。油氣開采及加工工業對不昂貴的、 可焊性好的鋼材的需要， 基本上決定了研究的 工作方向就是優先研制抗硫化物腐蝕開裂的低合金高強度鋼。 合金元素及熱處理 有害元素： Ni、 Mn、S、P; 有利元素： Cr、Ti碳（C）:增加鋼中碳的含量，會提高鋼在硫化物中的應力腐蝕破裂的敏感性。鎳（Ni）:提高低合金鋼的鎳含量，會降低它在含硫化氫溶液中對應力腐蝕開裂 的抵抗力。原因是鎳含量的增加，可能形成馬氏體相。所以鎳在鋼中的含量，即 使其硬度HRC

3、C22時，也不應該超過1%。含鎳鋼之所以有較大的應力腐蝕開裂 傾向，是因為鎳對陰極過程的進行有較大的影響。 在含鎳鋼中可以觀察到最低的 陰極過電位，其結果是鋼對氫的吸留作用加強 , 導致金屬應力腐蝕開裂的傾向性 鉻（Cr）: 一般認為在含硫化氫溶液中使用的鋼， 含鉻13%是完全可行的，因 為它們在熱處理后可得到穩定的組織。 不論鉻含量如何， 被試驗鋼的穩定性未發現有差異。 也有的文獻作者認為， 含鉻量高時是有利的， 認為鉻的存在使鋼容易 鈍化。但應當指出的是，這種效果只有在鉻的含量大于11時才能出現。鉬（Mo）:鉬含量w 3%時，對鋼在硫化氫介質中的承載能力的影響不大。鈦（Ti）:鈦對低合金鋼

4、應力腐蝕開裂敏感性的影響也類似于鉬。試驗證明，在硫化氫介質中，含碳量低的鋼% ） 加入鈦% Ti） ，對其穩定性有一定的改善作用。錳（Mn）:錳元素是一種易偏析的元素，研究錳在硫化物腐蝕開裂過程的作用十分 重要。當偏析區MnC含量一旦達到一定比例時，在鋼材生產和設備焊接過程中， 產生出馬氏體貝氏體高強度、 低韌性的顯微組織， 表現出很高的硬度， 對設備 抗SSCC是不利的。對于碳鋼一般限制錳含量小于 %少量的Mn能將硫變為硫化 物并以硫化物形式排出， 同時鋼在脫氧時， 使用少量的錳后， 也會形成良好的脫 氧組織而起積極作用。在石油工業中是制造油管和套管大都采用含錳量較高的 鋼，如我國的36Mn

5、2Si鋼。（提高硬度）硫（S）:硫對鋼的應力腐蝕開裂穩定性是有害的。隨著硫含量的增加，鋼的穩 定性急劇惡化，主要原因是硫化物夾雜是氫的積聚點， 使金屬形成有缺陷的組織。 同時硫也是吸附氫的促進劑。 因此， 非金屬夾雜物尤其是硫化物含量的降低、 分 散化以及球化均可以提高鋼 （特別是高強度鋼） 在引起金屬增氫介質中的穩定性。磷（P）:除了形成可引起鋼紅脆（熱脆）和塑性降低的易熔共晶夾雜物外，還 對氫原子重新組合過程（Had + Had - H2 T ）起抑制作用，使金屬增氫效果增 加，從而也就會降低鋼在酸性的、含硫化氫介質中的穩定性。 冷加工經冷軋制、 冷鍛、冷彎或其他制造工藝以及機械咬傷等產生

6、的冷變形，不僅使冷變形區的硬度增大， 而且還產生一個很大的殘余應力， 有時可高達鋼材的屈服強 度，從而導致對SSC（敏感。一般說來鋼材隨著冷加工量的增加， 硬度增大，SSCC 的敏感性增強。2. 環境因素的影響 硫化氫濃度 從對鋼材陽極過程產物的形成來看，硫化氫濃度越高，鋼材的失重速度也越快。對應力腐蝕開裂的影響高強度鋼即使在溶液中硫化氫濃度很低（體積分數為1xiO-3mL/L）的情況下仍能引起破壞，硫化氫體積分數為 5X10-26X 10-1 mL/L時，能在很短的時間內 引起高強度鋼的硫化物應力腐蝕破壞， 但這時硫化氫的濃度對高強度鋼的破壞時 間已經沒有明顯的影響了。 硫化物應力腐蝕的下限

7、濃度值與使用材料的強度 （硬 度）有關。碳鋼在硫化氫體積分數小于 5X 10- 2mL/L時破壞時間都較長。NACEMR0175"88 標準認為發生硫化氫應力腐蝕的極限分壓為x 10-3MPa(水溶液中H2S濃度約 20mg/L)，低于此分壓不發生硫化氫應力腐蝕開裂。 pH 值對硫化物應力腐蝕的影響 ：隨pH的增加，鋼材發生硫化物應力腐蝕的敏感性下降pH<6時，硫化物應力腐蝕很嚴重；6v pH<9時，硫化物應力腐蝕敏感性開始顯著下降，但達到斷裂所需的時間仍 然很短；pH>9時，就很少發生硫化物應力腐蝕破壞。 溫度在一定溫度范圍內，溫度升高，硫化物應力腐蝕破裂傾向減小

8、。 (溫度升高硫化 溶解度減小 )在22C左右，硫化物應力腐蝕敏感性最大。溫度大于22C后，溫度升高硫化物應力腐蝕敏感性明顯降低。對鉆柱來說， 由于井底鉆井液的溫度較高， 因而發生電化學失重腐蝕嚴重。 而上 部溫度較低， 加上鉆柱上部承受的拉應力最大， 故而鉆柱上部容易發生硫化物應 力腐蝕開裂。(4) 流速流體在某特定的流速下，碳鋼和低合金鋼在含H2S流體中的腐蝕速率，通常是隨 著時間的增長而逐漸下降，平衡后的腐蝕速率均很低。如果流體流速較高或處于湍流狀態時， 由于鋼鐵表面上的硫化鐵腐蝕產物膜受到 流體的沖刷而被破壞或粘附不牢固， 鋼鐵將一直以初始的高速腐蝕， 從而使設備、 管線、構件很快受到腐蝕破壞。因此，要控制流速的上限，以把沖刷腐蝕降到最 小。通常規定閥門的氣體流速低于15m/s。相反，如果氣體流速太低，可造成管 線、設備低部集液， 而發生因水線腐蝕、 垢下腐蝕等導致的局部腐蝕破壞。 因此， 通常規定氣體的流速應大于 3m/s。(5) 氯離子在酸性油氣田水中， 帶負電荷的氯離子， 基于電價平衡， 它總是爭先吸附到鋼鐵 的表面，因此，氯離子的存在往往會阻礙保護性的硫化鐵