第11章 油田水腐蚀原理.ppt

第11章 油田水腐蚀原理 ;本章主要内容;11.1 金属的腐蚀及其危害;11.1.2金属腐蚀的基本过程 （1）通过对流和扩散作用腐蚀介质向界面迁移； （2）在相界面上发生反应； （3）腐蚀产物从相界面上迁移到介质中去或在金属表面上形成覆盖膜。 腐蚀过程还受到离解、水解、吸附和溶剂化作用等其它过程的影响。;11.1.3 金属腐蚀的特点 （1）因金属腐蚀造成的破坏一般先从金属表面开始，然后伴随着腐蚀过程的进一步发展，腐蚀破坏将扩展到金属材料的内部，并使金属性质和组成发生改变； （2）金属材料的表面状态对腐蚀过程的进行有显著的影响。金属表面有钝化膜或防氧化覆盖层，腐蚀与其化学组成、组织结构状态以及孔径、孔率等因素密切相关。 金属材料在腐蚀体系中的行为，还与其化学成分、金相结构、力学性质等因素有关。金属材料在介质中的腐蚀行为基本上由它的化学成分所决定。; 腐蚀所造成的危害不仅使金属材料本身在外形色泽及机械性能等方面受到破坏，更主要的是使其制品的质量等级下降以至报废。 因腐蚀而造成的损失是惊人的，每年因腐蚀报废的钢材设备约相当于当年产量的30%，其中10%不可回炉再生。 在油气田注水开发中，从油水井地下管柱到地面管道和储罐以及各种工艺设备都会遭到腐蚀，严重影响注水开发效果，造成巨大的经济损失。;外表腐蚀情况 ;;;11.2 腐蚀的分类;11.2 腐蚀的分类;11.2 腐蚀的分类; 金属与周围介质直接发生氧化还原反应而引起的腐蚀叫化学腐蚀。 化学腐蚀的腐蚀产物在金属表面形成表面膜，表面膜的性质决定了化学腐蚀的速度。; 金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的金属腐蚀。 腐蚀的电化学本质是金属(阳极)释放自由电子，自由电子通过导体传递到阴极，再由阴极传递到溶液(电介质导体)中被其它物质吸收的过程。 腐蚀过程是一个发生在金属和溶液界面上的多相界面反应，同时也是一个多步骤的反应。 ;1. 阳极过程（氧化反应） 腐蚀电池中电极电势较低的金属为阳极，发生氧化反应。因此，阳极过程就是阳极金属发生电化学溶解或阳极钝化的过程。 阳极反应通式： Mn+?ne+mH2O?Mn+?mH2O+ne 即：金属表面晶格中的金属阳离子，在极性水分子作用下进入溶液，变成水化阳离子；而电子在阴、阳极间电势差的作用下通过金属移向阴极，进一步促进阳极反应的进行。;1. 阳极过程（氧化反应） 金属阳极溶解过程至少由以下几个步骤组成： 金属原子离开晶格转变为表面吸附原子； 表面吸附原子越过双电层进行放电转变为水化阳离子； 水化金属阳离子从双电层溶液侧向溶液深处迁移。 由于腐蚀电池中阳极区的自由电子移向电极电势较高的阴极区，使阳极区电子缺乏，而阳极反应产生的电子又来不及补充，因而阳极发生极化。 由于电流的通过，阳极电势偏离其平衡电势而向正方向移动的现象，称为阳极极化。;发生阳极极化的原因： 活化极化 当金属离子进入溶液的反应速度小于电子由阳极通过导线流向阴极的速度，则阳极电势向正向移动。这种由阳极过程进行缓慢而引起的极化，称为活化极化。 浓差极化 阳极溶解产生的金属离子，首先进入阳极表面附近的液层中，使之与溶液深处产生浓差，由于阳极表面金属离子扩散速度制约，阳极附近金属离子浓度逐渐升高，相当于电极插入高浓度金属离子的溶液中，导致电势变正，产生阳极极化。 电阻极化 当金属表面有氧化膜，或在腐蚀过程中形成膜时，膜的电阻率远高于基体金属，则阳极电流通过此膜时，将产生压降，使电势显著变正，由此引起的极化，称为电阻极化。 ;2. 阴极过程（还原反应） 腐蚀电池的阴极过程，指电解质溶液中的氧化剂与金属阳极溶解后释放出来，并与转移到阴极区的电子相结合的反应过程。 溶液中能在阴极区吸收电子而发生还原反应的氧化性物质，在腐蚀学上称阴极去极化剂，简称去极化剂。;在酸性环境中腐蚀的电极反应： 阳极反应：Fe Fe2＋＋2e ＋） 阴极反应：2H＋＋2e H2 电池反应：Fe ＋2H＋ Fe2＋＋H2;2. 阴极过程（还原反应） 氢离子还原反应或析氢反应 2H++2e?H2? 此反应电极电势较低的金属在酸性介质中腐蚀是常见的阴极去极化反应。 Zn、Al、Fe等金属的电极电势低于氢的电极电势，因此这些金属在酸性介质中的腐蚀将伴随氢气的析出，称为析氢腐蚀。;2. 阴极过程（还原反应） 溶液中溶解氧的还原或吸氧腐蚀 在中性或碱性溶液中，发生氧的还原反应，生成OH-离子 O2+2H2O+4e?4OH- 在酸性溶液中发生氧的还原反应，生成水： O2+4H++4