H_2S介质中油气田用钢的腐蚀研究进展.docxVIP

综述

石油化工腐蚀与防护2oinooe2iaiPercheniclidstry

在含CO?/H?S介质中油气田用钢的腐蚀研究进展

赵永峰王吉连左禹熊金平(北京化工大学材料科学与工程学院，北京100029)

摘要：研究了CO?和H?S对油气田开发用钢材的腐蚀机理、分析了影响因素以及防护措施，并对研究进展情况进行综述。指出目前国内各油气田关于CO?/H?S的腐蚀问题，一方面对腐蚀机理的认识还不够全面与深入，另一方面其防护技术研究尚未达到系统化和实用化的程度。

关键词：钢材CO?/H?S腐蚀腐蚀因素防护措施

中图分类号：TE985.6文献标识码：A文章编号：1007-015X(2010)01-0001-08

在石油天然气的开发过程中，CO?,H?S气体和Cl-等介质对油井管的腐蚀己成为主要腐蚀影响因素，它们会导致井下管柱，地面采、集、输设备产生不同程度的腐蚀，造成油、套管的断裂，井口装置失灵和集输管线爆破等事故。目前国内塔里木、长庆、四川、华北、江汉等主要油田均存在严重的CO?腐蚀，而四川、长庆等油田还存在更为严重和复杂的CO?-H?S-Cl-联合作用腐蚀1,2]。

CO?或H?S单独存在条件下的腐蚀机理研究相对较多，而CO?和H?S共存条件下的腐蚀机理与防护研究相对较少。实际上，少量H?S存在就会对CO?腐蚀产生明显影响。通过对CO?/H?S腐蚀规律的研究进展进行综述，旨在为油管选材及防腐蚀实践提供依据。

1CO?腐蚀

1.1CO?腐蚀的特征及机理

目前普遍认为CO?导致的腐蚀有两种类型，即均匀腐蚀和局部腐蚀。形成均匀腐蚀时，致使油管强度降低，发生掉井事故。发生局部腐蚀常常引起油管穿孔和断裂，是管道主要的失效形式；局部腐蚀包括点蚀、台面腐蚀和流动诱导局部腐蚀三种形式[3]。

CO?腐蚀机理十分复杂。从发表的文献综合分析可知，对各种钢在CO?环境中的均匀腐蚀的研究已取得了较大进展，但对局部腐蚀过程还没有谁能对其腐蚀机理作出完全明确的结论。

现在普遍认为钢铁在CO?水溶液中腐蚀的结果是在钢铁表面上形成FeCO?层[4,5]。所发生的反应主要有：

Fe2++CO?-→FeCO?(1)

Fe2++2HCO?→Fe(HCO?)?((2)

Fe(HCO?)?→FeCO?+CO?+H?O(3)

就CO?腐蚀的电化学阳极过程而言，Nesic?等认为Fe在CO?环境中的阳极溶解行为受pH值影响很小；而有些学者[7,8]却认为反应机制遵循“pH依赖机理”。

就CO?腐蚀电化学的阴极过程而言，DeWaard、Milliams和U.Lotz[7.9]认为只有碳酸的还原反应；0gundele和White[10]及Xia等[1]认为是H?O的直接还原和HCO?的还原；Schmit[12等认为发生了H+和H?CO?的还原；而Gray等[13]和Nesic等[6认为pH值小于6时存在H+,H?CO?和H?O的还原[14]。实际上，虽然CO?腐蚀往往表现为全面腐蚀和典型的沉积物下方的局部腐蚀的共同特征，但现在普遍认为，油气井管的CO?腐蚀应以局部腐蚀特性来定义和评价预测，因为设备的寿命常因局部腐蚀穿孔、断裂而终止。

油气井的产出水中常含有Ca2+和Mg2+,易生成碳酸盐垢，而腐蚀产物FeCO?及结垢产物CaCO?或不同的生成物膜在钢铁表面不同区域的覆盖度不同，不同覆盖度的区域之间形成了具有很强自催化作用的腐蚀电偶，CO?的局部腐蚀就是这种腐蚀电偶作用的结果。这一机理能很好地解释水化学作用和现场一旦发生上述过程时局部腐蚀会突然变得非常严重等现象。

1.2CO?腐蚀影响因素

影响CO?腐蚀的因素主要是：材质因素和环境因素。材质因素包括热处理状态及材料化学成

分等。环境因素主要包括：温度、二氧化碳分压、流

收稿日期：2009-07-03;修稿日期：2009-10-06。

作者简介：赵永峰(1966-),男，北京化工大学博士研究生，主要从事腐蚀与防护、油田化学品的研究，发表SCI收录论文两篇。

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