随着油井含水量的增加，油田开采进入第3阶段。随着CO2驱油技术的推广和含CO2的深油气层的开采，油田开采运输管线设备腐蚀问题日益突出，其中CO2腐蚀问题尤为严重[1]。另外，液态介质中还存在许多其他离子会加剧管线设备腐蚀，如Cl-。由于Cl-在介质中含量高、对腐蚀产物膜穿透力强，因此对井下用钢腐蚀影响剧烈[2]。目前多数腐蚀方面的科学研究都集中于常温常压条件下CO2和Cl-对不同材料的腐蚀行为，研究结果虽有一定的借鉴意义，但常温常压条件与材料所处的实际工况存在很大差距。因此结合油田实际工况，研究各种材料在类似油田环境介质中的腐蚀行为十分必要，相应的研究结果将更具有工程指导价值和现实意义。

榜样的作用是巨大的。这个榜样既可以是学生推荐的，也可以是老师和家长发现的。学生可在家长的陪同下，利用微信语音，围绕个体亟待解决的问题与其他同学展开互动、交流；老师和家长也可以推荐、表扬本周做得较好的同学，请他们分享自己的经验。这样既锻炼了学生的交际能力，又增进了同学情谊，更带动了不同家庭的互助互学，有效地把个体的学习行为和发展转化为集体目标。

常用的油套管钢如P110、N80等虽然成本低，但耐CO2和Cl-腐蚀的能力却较弱。铁基非晶合金涂层是近几年开发的一种新型材料，与传统晶体材料相比，由于具有无晶界、无缺陷、耐蚀性优异和成本低的优点而被广泛应用[3]。笔者采用高温高压腐蚀反应釜研究铁基非晶涂层在模拟油田环境中不同Cl-浓度、不同CO2分压下的腐蚀行为，希望为扩大铁基非晶涂层在油气田工程中的应用领域、解决井下用钢CO2腐蚀问题找到一种新方法、新途径。

1 实验方法与过程

1.1 实验材料与设备

活性燃烧高速燃气(AC-HVAF)喷涂工艺是近几年发展起来的一种超音速火焰喷涂技术。实验时在316L基体上通过AC-HVAF技术制备FeCrMoMnWBCSi非晶涂层，同时选用油田常用套管钢P110作为对比。实验用挂片试样规格为40mm×13mm×2mm。主要实验设备为高温高压H2S/CO2腐蚀反应釜。

1.2 实验方案

采用正交实验法分析比较A因素(温度)、B因素(流速)、C因素(CO2分压)和D因素(Cl-浓度)对材料腐蚀速率的影响程度。根据油田实际工况设定每种因素三水平的具体数值[1]。由于是四因素三水平实验，因此选择L9(34)正交表，则设计得到实验计划见表1。

 

表1 实验计划

  

实验号温度℃流速m·s-1CO2分压MPaCl-浓度g·L-118000.11028010.33038020.550410000.510510010.350610020.130712000.150812010.530912020.310

1.3 实验过程

=4.31mm/a

实验结束后，取出腐蚀试样，使用蒸馏水清洗，丙酮去油，冷风吹干，密封于试样袋中待用。使用S-3400N扫描电镜观察腐蚀前后铁基非晶涂层微观形貌，利用Oxford 350能谱仪分析腐蚀产物元素组成。

2 结果与分析

2.1 腐蚀失重结果分析

进入21世纪后，以麻省理工学院为代表的西方著名高校尝试将校内开设的课程以“公开课”[1]的形式放到网络上，对全社会共享优质教学资源。“公开课”很快在网络流行，受到社会的广泛好评，“公开课”方便了学生学习，促进了不同高校课堂教学资源的交流，使普通大众有机会接触学习高等教育的课堂教学资源，促进了学习型社会的建设，一定程度提高了高等教学资源对人类社会发展的贡献度[2]。2012年,国家提出利用网络共享优秀教学资源,至今精品资源共享课程建设成果丰硕,为高级技能人才培养提供有力保障。随着信息技术的飞速发展,"互联网+"和人工智能技术获得更加广泛的应用,学生的学习行为也发生变化[3]。

（1）临时性检修频繁，即根据制定的维护方案，有些设备还没有运行到下一个维护周期就被迫停运进行提前检修。

 

表2 铁基非晶涂层腐蚀失重结果

  

实验号温度℃流速m·s-1CO2分压MPaCl-浓度g·L-1失重速率g·m-2·h-1腐蚀速率mm·a-118000.1100028010.3307.57571×10-48.51×10-438020.5507.67291×10-48.61×10-4410000.5101.51289×10-31.71×10-3510010.3507.55334×10-38.48×10-3610020.1304.50353×10-35.05×10-3712000.1505.34149×10-36.00×10-3812010.5300.2720.305912020.3100.1310.147

将重量法失重速率换算成深度法腐蚀速率为：

 

式中 D——腐蚀速率，mm/a；

V——重量法失重速率，g/(m2·h)；

ρ——材料密度，ρ=7.85g/cm3。

腐蚀速率均值极差计算结果见表3。

 

表3 腐蚀速率均值极差计算结果 mm/a

  

项目因素温度流速CO2分压Cl-浓度Fi11.71×10-37.69×10-31.10×10-20.148Fi21.53×10-20.3140.1560.311Fi30.4580.1530.3081.54×10-2

 

(续表3)

  

项目因素温度流速CO2分压Cl-浓度fi1=Fi1/35.70×10-42.56×10-33.67×10-34.93×10-2fi2=Fi2/35.10×10-30.1055.20×10-20.104fi3=Fi3/30.1535.10×10-20.1035.13×10-3Ri0.1520.1029.93×10-29.89×10-2

表3中Fi1代表各因素取第一水平时获得的实验结果之和，fi1表示各因素取第一水平时3组实验结果的平均值。同一因素的最好水平所得结果与最差水平所得结果之差为极差，用Ri表示。例如，影响A因素的极差RA=fA3-fA1=0.152mm/a，而且当A因素取A1时腐蚀速率最小；这可以理解为当A因素为第一水平时，铁基非晶涂层的腐蚀速率与腐蚀最快的第三水平相比，平均减慢0.152mm/a。

根据正交实验表完成铁基非晶涂层在CO2/Cl-共存介质中的高温高压腐蚀行为实验。利用直观分析法对实验数据进行分析，得到铁基非晶涂层腐蚀失重结果见表2。

=5.29×10-2mm/a

DP110=(D1+D2+D3+D4+D5+D6+D7+D8+D9)/9

通过对各因素之间的极差进行比较，来确定各因素对实验指标的综合影响顺序，即确定各因素对腐蚀速率的影响大小[4]。由表3数据可知，R1>R2>R3>R4，其中流速CO2分压和Cl-浓度的极差值R2、R3、R4虽然有高有低，但大致处于同一水平，因此可以认为，这3种因素的影响能力大致相同。可见，温度是影响铁基非晶涂层腐蚀速率的首要因素，这是因为：当温度升髙时，CO2的扩散系数随之升高，使得CO2更易达到阴极表面，从而发生去极化作用；温度升高，溶液电导增加，从而增大了腐蚀电流；温度升高，水的粘度降低，有利于阳极和阴极反应的去极化。

将对比材料P110按照相同实验条件，按照上述正交实验过程重复做9组实验，通过计算比较两种材料的平均腐蚀速率，来判定铁基非晶涂层和P110的耐蚀能力。计算式如下：

采用扫描电镜对非晶涂层表面腐蚀前后的微观形貌进行观察。图1为腐蚀前涂层表面微观形貌，图2为涂层腐蚀最明显的第8组实验中腐蚀后涂层表面微观形貌。发现腐蚀前后涂层表面微观形貌并未发生明显改变，即非晶涂层在实验条件下表面并未发生明显的腐蚀行为。

分析比较各因素的极差Ri可知，当各因素各水平取A1、B1、C1、D3时，即温度为80℃、流速为0m/s、CO2分压为0.1MPa、Cl-浓度为50g/L时，腐蚀速率最小。当各因素各水平取A3、B2、C3、D2时，即温度为120℃、流速为1m/s、CO2分压为0.5MPa、Cl-浓度为30g/L时，腐蚀速率最大。

Effect of Boundary Condition on Impact Response and Damage Meso-mechanism for Scarf Bonded Repair of Load-bearing Composite Structures

将试样表面依次用400#、800#、1500#水砂纸进行打磨。使用超声波清洗仪清洗，丙酮除油，去离子水冲洗晾干后测量尺寸、称重并记录。使用NaCl和去离子水配制Cl-浓度分别为10、30、50g/L的NaCl溶液。将试样放入反应釜中，将温度、介质流速、Cl-浓度和CO2分压调整至设计值，实验周期96h。

由计算结果可知，D涂层<DP110，因此，对于在CO2和Cl-共存介质中发生的高温高压腐蚀，铁基非晶涂层的耐蚀能力远高于油田常用套管钢P110。

“在养老服务业的发展中，知识生产方式转型非常重要，很多社会问题都应在知识转型层面解决，中国养老的未来应与知识支撑体系对接。”王振耀说。此论点得到与会专家的支持，大家一致认为养老服务业专业化、标准化水平的提升，需要建立相应的知识支撑体系。

2.2 微观形貌分析

D涂层=(D1+D2+D3+D4+D5+D6+D7+D8+D9)/9

  

图1 腐蚀前涂层表面微观形貌

  

图2 第8组实验中腐蚀后涂层表面微观形貌

然而腐蚀形貌分析结果与失重法数据不符。失重法数据显示，当实验温度为120℃时，铁基非晶涂层试样腐蚀失重明显增加，腐蚀速率明显升高。用体视显微镜观察发现，铁基非晶涂层表面虽无明显腐蚀痕迹，但涂层与316L基体之间的结合部位出现裂纹，发生严重的缝隙腐蚀(图3)。

按照上述建立的实验方法对页岩标准物质GBW07107进行11次平行测定。结果表明(表3)各稀土元素的测定结果与认定值吻合，相对误差的绝对值不大于6.77%，各元素测定结果的相对标准偏差范围为1.2%～4.5%。

  

图3 第8组实验中非晶涂层试样缝隙腐蚀

缝隙腐蚀是一个位于闭塞区内的酸化自催化过程[5]。在腐蚀的起始阶段，位于缝隙内外的金属表面会发生以氧还原为阴极反应的腐蚀。由于缝隙中的溶解氧很快被耗光，而单纯通过扩散补充氧是十分困难的，因此，缝隙内氧还原阴极反应逐渐停止，使得缝隙内外建立起氧浓差电池。缝隙外大面积金属表面上进行氧还原阴极反应，会形成大阴极小阳极结构，使缝隙内金属阳极加速溶解。而缝隙内阳极失电子溶解会产生过剩的金属阳离子，为保持电中性，吸引了缝隙外的大量Cl-进入缝隙内部。随之发生金属离子水解，使缝隙内酸度升高，金属阳极加速溶解。因此，铁基非晶涂层耐CO2腐蚀不仅是因为生成了致密的保护膜，而且较高的铁基固溶体电极电位也起到了很大作用，使得该涂层在本质上具有很强的耐腐蚀能力。

近年来，生物质材料等廉价吸附剂取代活性炭用于污水处理成为研究热点。国内外研究者聚焦利用农业生物质等固废资源开展水处理离子吸附剂合成工作的重要性(如表1所示)，目前对生物质秸秆材料的吸附剂研究开发主要集中在以上几方面：(1) 制备阴/阳离子吸附剂；(2) 制备生物炭；(3) 制备生物炭复合材料。本文对生物质材料在水处理中的应用现状进行了综述，并提出新疆地区生物质材料在水处理过程中的应用前景。

3 结论

3.1 高温高压条件下，当各因素各水平取A3、B2、C3、D2时，即温度为120℃、流速为1m/s、CO2分压为0.5MPa、Cl-浓度为30g/L时，腐蚀速率最大。而且温度是影响铁基非晶涂层腐蚀速率的首要因素。

3.2 铁基非晶涂层具有十分优异的耐腐蚀能力，其耐蚀性远高于油田常用套管钢P110。在高温高压条件下，铁基非晶涂层的主要失效形式为涂层与基体结合处发生的缝隙腐蚀。

参 考 文 献

[1] 张海宝,刘猛,刘永红,等.油气田CO2腐蚀研究进展[J].石油矿场机械,2008,37(4):21～24.

[2] Yin Z F,Wang X Z,Gao R M,et al.Electrochemical Behavior and Mechanism of CO2 Corrosion on P110 Steel in Simulated Oilfield Solution[J].Anti-Corrosion Methods and Materials,2011,58(5):227～233.

[3] 王勇,郑玉贵,王建强,等.铁基非晶涂层在NaCl和H2SO4溶液中的钝化行为[J].金属学报,2015,51(1):49～56.

[4] Li J B,Hou X,Zheng M S,et al.Joint Effect of Temperature,Stress States and Sulfur Ions on the CO2 Corrosion Behavior of N80 Tubing Steel[J].International Journal of Electrochemical Science,2007,2(8):607～617.

[5] 王允,罗强,焦津,等.铁基非晶合金涂层在氯化钠溶液中的腐蚀行为研究[J].金属功能材料,2015,22(1):1～5.