油氣田CO2腐蝕研究概況

夏巍?。ㄈA東油氣分公司工程院，江蘇　南京　210031）

油氣田CO2腐蝕研究概況

夏巍?。ㄈA東油氣分公司工程院，江蘇南京210031）

隨著油氣田的不斷開發(fā)，開發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中因CO2的影響而導(dǎo)致管材發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，引起了廣泛的關(guān)注。為了進(jìn)一步了解CO2腐蝕的規(guī)律和特征，通過(guò)大量文獻(xiàn)調(diào)研，針對(duì)開發(fā)生產(chǎn)過(guò)程中CO2腐蝕，闡述了油氣田開發(fā)過(guò)程中CO2腐蝕情況，介紹了含CO2管材腐蝕機(jī)理和影響因素。

CO2腐蝕；腐蝕機(jī)理；影響因素

1　油氣田開發(fā)過(guò)程中CO2腐蝕概況

油氣田開發(fā)過(guò)程中，設(shè)備及管道的腐蝕可形成全面均勻腐蝕或局部腐蝕。形成全面腐蝕時(shí)，鋼材全部或大部分面積上受到均勻的破壞；而局部腐蝕時(shí)，鋼材表面局部發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，而其他部分沒(méi)有腐蝕或只發(fā)生輕微腐蝕。不同類型的局部腐蝕形態(tài)不同，如點(diǎn)蝕，蜂窩狀腐蝕、臺(tái)地浸蝕和流動(dòng)誘發(fā)局部腐蝕四種。實(shí)際觀察表明，油氣田開發(fā)過(guò)程中的腐蝕基本特征是局部腐蝕，但均勻腐蝕現(xiàn)象也很常見(jiàn)，且往往伴隨著嚴(yán)重的局部腐蝕。

2　CO2腐蝕機(jī)理

碳鋼在高溫高壓CO2多相流介質(zhì)中的腐蝕過(guò)程比較復(fù)雜。De·Waaed與Millians認(rèn)為在CO2水溶液中的陽(yáng)極過(guò)程按照下面的機(jī)理來(lái)進(jìn)行：

對(duì)于陰極反應(yīng)過(guò)程，主要有以下的兩種反應(yīng)：

（1）非催化離子的陰極還原

（2）表面吸附CO2的氧離子催化還原反應(yīng)

Nesic認(rèn)為在酸性溶液中（pH＜4）陰極是以氫離子的還原為主，在中性和堿性溶液中（pH＞4）以碳酸和碳酸氫根為主，而在高過(guò)電位環(huán)境中則以水分子的還原占主導(dǎo)。但對(duì)于局部腐蝕機(jī)理則缺少深入的研究。

萬(wàn)里平認(rèn)為CO2的腐蝕在實(shí)質(zhì)上是局部腐蝕，在鋼鐵表面不同區(qū)域，腐蝕產(chǎn)物FeCO3（或結(jié)垢物）的覆蓋度不同，從而形成了具有很強(qiáng)自催化特性的腐蝕電偶電池，造成CO2的局部腐蝕。

3　CO2腐蝕的影響因素

3.1溫度的影響

研究表明溫度是CO2腐蝕的重要參數(shù)，腐蝕速率受溫度的影響很大，隨著溫度不斷升高，腐蝕速率會(huì)不斷升高，后出現(xiàn)峰值，但由于影響因素的不同，使得峰值的出現(xiàn)位置不同。

根據(jù)溫度對(duì)腐蝕特性的影響，把鐵的腐蝕分為了三類：

溫度（T）＜60℃60℃-150℃＞150℃腐蝕產(chǎn)物膜FeCO3FeCO3FeCO3和Fe3O4特點(diǎn)疏松疏松致密腐蝕類型均勻腐蝕局部腐蝕均勻腐蝕腐蝕速率較高高低

3.2CO2分壓的影響

CO2分壓對(duì)腐蝕速率具有決定性的影響，隨著CO2分壓的增大，腐蝕速率也會(huì)隨之增大，并達(dá)到腐蝕速率的峰值，并且隨著影響因素的改變，峰值會(huì)隨之發(fā)生移動(dòng)。CO2分壓是系統(tǒng)總壓力和CO2摩爾分?jǐn)?shù)的乘積，這也是系統(tǒng)壓力增發(fā)會(huì)加速CO2腐蝕的原因。

3.3流速的影響

流速大小對(duì)CO2腐蝕速率的影響不容忽視。有研究表明在隨著流體速度的增大，導(dǎo)致溶液和其相接觸的金屬表面存在較高的質(zhì)量轉(zhuǎn)移，從而增加了腐蝕類型和腐蝕產(chǎn)物的動(dòng)能。流體的流蘇越高，碳鋼腐蝕的速度就會(huì)越大。

3.4介質(zhì)組成的影響

流體介質(zhì)中的諸多離子的存在會(huì)影響碳鋼表面腐蝕產(chǎn)物的形成和類別，進(jìn)一步影響腐蝕速率。Cl-是影響比較嚴(yán)重的一種離子，由于氯離子會(huì)進(jìn)入并穿透保護(hù)膜，從而導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物膜的穩(wěn)定性變差，最終導(dǎo)致腐蝕速率的增大。

4　結(jié)語(yǔ)

隨著石油天然氣行業(yè)的飛速發(fā)展，現(xiàn)如今油田的使用設(shè)備均受到不同程度的腐蝕，其中大部分由溶液中溶有CO2氣體引起的。因此，針對(duì)進(jìn)行CO2防腐設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重考慮材質(zhì)、溫度、CO2分壓及經(jīng)濟(jì)性的影響，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩方面考慮，有針對(duì)性的使用防腐措施，達(dá)到最優(yōu)的防腐效果。

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夏巍巍（1987-），男，助理工程師，主要研究方向?yàn)橛吞镏鷦z測(cè)。