摘要

深井完井工具在极端环境下工作，需要具备高强度和优异的耐腐蚀性能。N09925合金作为一种可时效硬化的镍铁铬合金，因其在酸性气井中的出色表现而被广泛应用。本文研究了N09925合金在CO₂/H₂S共存环境中的钝化膜稳定性，探讨了其耐腐蚀机制。

引言

深井完井工具在油气开采过程中起着至关重要的作用。由于井下环境复杂，尤其是CO₂和H₂S共存的酸性环境，对材料的耐腐蚀性能提出了极高的要求。N09925合金因其高强度和优异的耐腐蚀性，成为深井完井工具的理想材料。本文旨在研究N09925合金在CO₂/H₂S共存环境中的钝化膜稳定性，为深井完井工具的选材提供理论依据。

实验方法

材料与设备

实验材料为N09925合金，主要化学成分（质量分数）为：Ni 42.0-46.0%，Fe 22.0%，Cr 19.5-23.5%，Mo 3.0-4.0%，Cu 1.5-2.5%，Ti 1.0-1.5%，Al 0.5-1.0%。实验设备包括电化学工作站、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等。

实验条件

实验模拟了深井环境中的CO₂/H₂S共存条件，溶液成分为：0.5 M NaCl，0.1 M H2SO4，饱和CO₂和H₂S。实验温度为80°C，pH值约为2.5。

实验步骤

1. 样品准备：将N09925合金样品进行机械抛光，然后用乙醇清洗并干燥。

2. 电化学测试：使用电化学工作站进行开路电位（OCP）测试和动电位极化（DP）测试，以评估样品的耐腐蚀性能。

3. 表面分析：使用SEM和XPS对样品表面进行观察和分析，以研究钝化膜的形成和稳定性。

结果与讨论

电化学测试结果

OCP测试结果显示，N09925合金在CO₂/H₂S共存环境中的开路电位稳定在-0.35 V左右，表明其具有较好的耐腐蚀性能。DP测试结果显示，N09925合金的腐蚀电流密度较低，腐蚀电位较高，进一步证实了其优异的耐腐蚀性能。

表面分析结果

SEM观察结果显示，N09925合金表面形成了均匀致密的钝化膜，膜层厚度约为100 nm。XPS分析结果显示，钝化膜主要由Cr₂O₃、NiO和MoO₃组成，这些氧化物具有良好的耐腐蚀性能，能够有效阻止CO₂和H₂S的侵蚀。

耐腐蚀机制

N09925合金在CO₂/H₂S共存环境中的耐腐蚀性能主要归因于其表面形成的稳定钝化膜。Cr₂O₃和NiO具有良好的抗氧化性能，能够有效阻止氧气和腐蚀性介质的渗透。MoO₃则能够提高合金的抗点蚀和缝隙腐蚀能力。此外，合金中的Mo和Cu还能够提高其抗还原性化学品的能力，进一步增强了其耐腐蚀性能。

结论

N09925合金在CO₂/H₂S共存环境中的钝化膜稳定性良好，具有优异的耐腐蚀性能。其表面形成的均匀致密的钝化膜主要由Cr₂O₃、NiO和MoO₃组成，能够有效阻止CO₂和H₂S的侵蚀。N09925合金是深井完井工具的理想材料，能够在极端环境下保持良好的性能。