摘要:目的：在CO2驱油作业中,地层水高矿化度引发的CO2-Cl-协同腐蚀已成为制约井筒管柱安全服役的关键问题。马氏体不锈钢虽凭借其优异力学性能和经济性被广泛应用于CO2驱油过程中的井下装备,但不锈钢管柱中高浓度CO2溶于水形成的H2CO3与地层水中高浓度Cl-的协同作用对不锈钢管材的耐蚀性构成了严峻挑战。因此,研究CO2驱油过程中井筒管柱常见管材马氏体不锈钢在高浓度CO2和Cl-共存环境下的钝化膜稳定性及钝化膜破损机制,对于理解不锈钢材料在苛刻服役工况下的耐蚀性及优化选材具有重要意义。方法：采用循环极化曲线、电化学阻抗谱、Mott-Schottky等电化学手段研究了13Cr、L8013Cr、110Cr13S三种马氏体不锈钢在不同Cl-浓度下的电化学腐蚀行为；结合腐蚀失重、扫描电子显微镜(SEM)及X射线光电子能谱(XPS)等形貌表征手段研究了三种马氏体不锈钢在不同Cl-浓度下的钝化膜分布特性及破损机制。结果：13Cr、L8013Cr、110Cr13S的钝化膜稳定性随着Cl-浓度的增加而减弱,高浓度Cl-对三种马氏体不锈钢钝化膜均呈现极强破坏性。高浓度Cl-凭借强电负性和穿透性,诱导点蚀动力学,形成阳离子空位与不稳定氯化物相,导致钝化膜破裂及严重局部腐蚀。其中13Cr的腐蚀电位(Ecorr)最大,再钝化电位(Erp)负移程度最高,钝化膜稳定性最差,点蚀敏感性较高；而L80-13Cr在高浓度Cl-下的耐蚀性次之,110Cr13S耐蚀性最佳。此外,110Cr13S中明显的回火马氏体结构特征和较高的显微硬度及较低的载流子密度也进一步验证其更高的耐蚀特性。结论：本研究从高浓度Cl-作用下钝化膜稳定性及破损机制深入探究了三种马氏体不锈钢在CO2驱油过程中的腐蚀损伤行为,阐明了钝化膜半导体特性改变与局部腐蚀萌生的内在关联,为CO2驱油过程中井筒管柱材料的高效腐蚀防护体系构建和科学选型提供理论支撑。
