[发明专利]一种FeCO3

说明书

本发明提供一种FeCO₃在中低温高含CO₂水溶液中溶解度的测试装置及方法，主要包括：真空泵、第一阀门、第一精密阀门、第二阀门、压力表、温度表、第二精密阀门、移液管、第三阀门、第四阀门、取液管、第五阀门、顶盖、集气瓶、反应筒、显微CT探头、磁力搅拌棒、磁力搅拌器、恒温箱、玻璃窗口、第一管线、第二管线及第三管线等。本发明利用真空泵的抽吸和CO₂的注入可很好的实现整个测试过程中的无氧条件，避免氧气对碳酸亚铁溶解度测试结果的影响，并能实时监测FeCO₃在溶液中的沉积和溶解动力学过程，结合沉积与溶解动力学行为，采用多次采样法与分光光度法和络合滴定法相结合的方法综合确定FeCO₃溶解度。本发明适用于酸性气藏和二氧化碳驱油开发技术领域。

技术领域

本发明涉及酸性气藏和二氧化碳驱稠油开发技术领域，具体是一种FeCO₃在中低温高含CO₂水溶液中溶解度的测试装置及方法。

背景技术

在含CO₂的酸性气藏和采用CO₂驱油的藏勘探开发过程中，CO₂腐蚀问题一直是石油天然气勘探开发面临的一个重要难题。因此研究碳钢在CO₂环境下的腐蚀行为(包括腐蚀速率、腐蚀特征、腐蚀形态等)及其引发的失效形式是非常必要的。

近年来，XRD、XPS及SEM等研究手段已经证明，碳钢在CO₂环境中的腐蚀产物主要成分是FeCO₃及少量铁氧化合物，且已有的研究表明，随着腐蚀继续进行，溶液中Fe²⁺不断增加，当溶液中Fe²⁺和CO₃^2-超过FeCO₃的溶度积时，FeCO₃晶体便会在试样表面成核并长大，形成FeCO₃膜，且FeCO₃膜在无硫体系中对碳钢管道具有良好的保护作用，其保护作用与FeCO₃膜层特性(包括膜的生长及形成过程，结构、形态、厚度、致密度、产物膜与基体之间的结合强度即附着力、弹性模量、硬度等)密切相关。影响CO₂腐蚀产物FeCO₃膜层特性主要且重要的因素包括温度、CO₂分压和腐蚀介质的酸度/PH等。

对于腐蚀介质的PH而言，Dugstad等研究发现，溶液pH值会影响FeCO₃的溶解度，在低PH值时FeCO₃膜倾向于溶解，且在2PH5时，膜层的溶解度随酸度的增大而增大，导致腐蚀速率不断增加，而高PH值时更有利于FeCO₃膜的沉积，因此，随着腐蚀的进行，阴极反应会消耗溶液中H⁺，导致PH值升高，FeCO₃溶解度会降低，腐蚀产物膜形成且其生长速度可能加快，腐蚀速率不断降低。总之，溶液酸度及PH主要是通过影响膜层的溶解度来控制腐蚀速率。

对于温度而言，王晓博和许立宁等研究表明，在低温下，由于形成的腐蚀产物膜FeCO₃溶解度很大，即FeCO₃溶解度具有负的温度关系，试样经腐蚀后表面成分主要为Fe，试样表面只产生了少量的FeCO₃腐蚀产物；而随着温度的升高，一方面加快了Fe²⁺的生成速率，另一方面降低了FeCO₃的溶解度，二者的共同作用导致试样表面附近的FeCO₃容易呈现出过饱和状态，从而加快FeCO₃在试样表面的沉积及膜层的形成速率，膜层厚度也不断增加，抑制腐蚀过程的进行，降低腐蚀速率。当温度大于150℃时，由于溶解中腐蚀产物膜FeCO₃呈现出沉积与溶解的动力学平衡，膜的厚度趋于稳定。由此可知，FeCO₃的溶解度对CO₂腐蚀行为(尤其腐蚀速率和腐蚀产物膜特性)具有显著地影响。