《表2 阴极阻抗谱拟合结果》

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《CO_2和O_2的分压比对N80套管钢氧腐蚀行为研究》

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由以上计算结论可知，N80套管在吉林油田地层水中含有CO2和O2情况下的腐蚀以CO2腐蚀为主，而阴极过程又是CO2腐蚀的控制性过程，因此需要分别研究阴阳极腐蚀过程。图1是N80套管在吉林油田地层水中含有CO2和O2情况下，常温常压条件下测得的阳极电化学阻抗谱曲线，阳极阻抗谱由高频的容抗弧、中频的感抗弧和低频的容抗弧组成，对应的Bode图中出现高频的相位角峰、中频的相位角谷以及低频的相位角峰等三个时间常数。而感抗的出现与试样表面未被腐蚀膜覆盖区基体金属的活性溶解有关，感抗L的数值越大，腐蚀发生点蚀的趋势就越重。由图1可以看出，随着CO2和O2分压比的逐渐减小，高低频容抗弧半径、中频感抗弧半径均呈减小，的趋势，这表明气体分压比减小N80钢表面所成腐蚀膜对基体的腐蚀保护作用减小。图2给出了N80套管在吉林油田地层水中含有CO2和O2情况下，常温常压条件下测得的阴极电化学阻抗谱曲线，阴极阻抗谱由单一容抗弧组成，对应的Bode图中也仅仅出现一个相位角峰，这主要是由于碳钢CO2腐蚀阴极过程主要以阴离子的还原为主，而阴极过程是控制整个腐蚀过程的关键性过程，如果阴极过程速率很快则整个腐蚀过程的速率就会很快，反之则慢。从图2可以看出，随着气体分压比的减小，容抗弧半径显著减小，这意味着气体分压比减小，阴离子在碳钢表面发生还原反应的阻力减小，即阴极腐蚀过程容易发生，进而可以推知CO2和O2分压比减小，N80钢的整体腐蚀速率呈现增加的趋势。为了定量说明气体分压比对整个腐蚀过程的影响，利用图3a所示的等效电路图对阳极阻抗谱进行解析。电路图中Rs为溶液电阻，Qcdl为双电层电容，Rct为传递电阻，RL为感抗电阻，L为感抗，Qc为膜电容，Rc为膜电阻。图3b中Rs为溶液电阻，Qcdl为双电层电容，Rt为传递电阻，Qc为膜电容，Rc为膜电阻。利用以上两个等效电路图分别对阴阳极阻抗谱进行拟和，发现拟和值与测量值比较吻合，说明所选取的等效电路图能反应实际的电化学反应过程。阳极和阴极阻抗谱的拟合结果分别见表1和表2，由表1可以看出，随着分压比的减小，双电层电容Qcdl呈现增加的趋势，而传递电阻Rct则呈现减小的趋势，说明离子穿越双电层的阻力随分压比减小而减弱；感抗电阻和感抗随着分压比的减小而减小，说明分压比减小，发生点蚀的趋势呈现减小的趋势；而对于腐蚀膜电容和电阻而言，随着分压比的减小，膜电容Qc呈现增加的趋势，而膜电阻Rc则呈现减小的趋势，说明腐蚀膜的致密性随分压比减小而减弱。这样一来，腐蚀膜对基体的腐蚀保护作用呈现下降的趋势。表2给出了阴极阻抗谱的拟合结果，随着分压比的减小，双电层电容Qdl呈现增加的趋势，而传递电阻Rt则呈现减小的趋势，说明离子穿越双电层的阻力随分压比减小而减弱；随着分压比的减小膜电容Qc呈现增加的趋势，而膜电阻Rc则呈现减小的趋势，说明腐蚀膜的致密性随分压比减小而减弱，这样一来，腐蚀膜对基体的腐蚀保护作用呈现下降的趋势。