賀毅 楊興波 張凱翔 楊波

摘要：要想降低油氣田開采中的二氧化碳腐蝕，必須對腐蝕機理以及類型基質(zhì)影響因素這些進行分析和研究。通過對腐蝕機理調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，二氧化碳會產(chǎn)生碳酸，進而產(chǎn)生電化學反應(yīng)，最終造成鋼材腐蝕。在腐蝕種類上有均勻和沖刷以及坑點腐蝕，影響因素較多?，F(xiàn)在開發(fā)中防腐蝕措施也較多，現(xiàn)在主要對腐蝕的危害以及方式方式進行論述。

關(guān)鍵詞：二氧化碳；腐蝕機理；防腐方式

前言：在油田開發(fā)中，二氧化碳腐蝕會造成巨大損失同時也會發(fā)生災難性后果。二氧化碳還石油和天然氣開發(fā)中產(chǎn)生的常見氣體。在溶于水之后對金屬會有加強的腐蝕性，這些對材料造成的破壞可以稱之為二氧化碳腐蝕。這些腐蝕會使得油井壽命大大低于設(shè)計壽命，也會使得設(shè)備腐蝕失效，現(xiàn)在掌握好腐蝕問題研究現(xiàn)狀以及趨勢，為減少損失提升效益提供借鑒。

1 二氧化碳腐蝕的機理

二氧化碳腐蝕問題一直是人們關(guān)注的主要問題。因為在二氧化碳溶 于水之后 PH 值升高，不斷加速管材腐蝕，金屬表面附著的 H2C03中沒有被電離的分子會被還原為 H2分子，在電解質(zhì)溶液中擴散到金屬表面形成 H2C03。從此也可以看出碳酸造成的腐蝕要明顯比電離要嚴重。

腐蝕學認為，坑腐蝕誘發(fā)主要是因為有臺地腐蝕機制以及流動誘導機制等都會造成膜破損。也有人通過腐蝕產(chǎn)物膜生產(chǎn)和發(fā)展過程， 提出臺地腐蝕機制：坑蝕最早出現(xiàn)在幾個點，之后發(fā)展為一片，小孔腐蝕介質(zhì)會破壞腐蝕產(chǎn)物膜，從而造成腐蝕。

2 二氧化碳腐蝕中的影響因素

二氧化碳腐蝕是一個復雜的電化學過程，主要影響因素為 PH 值以及二氧化碳分壓、溫度和流速、水量等各種因素。

2.1 PH 值。溶液內(nèi) PH 值會影響到 H2C03在水中存在方式，在研究中可以發(fā)現(xiàn) PH﹤4 時，主要存在形式為 H2C03；在 4≤PH≤10 時，主要是以 HC03 的形式出現(xiàn)，在 PH>10 時，存在形式是CO2。同時隨著 PH 值持續(xù)增加，H+增加而不斷下降，腐蝕速率也會逐漸降低。隨著 FeCO3 內(nèi)的溶解度持續(xù)下降，更方便 FeCO3 腐蝕膜的形成，這樣也會降低腐蝕速率。

2.2 CO2分壓。CO2分壓是影響腐蝕的主要因素，可以依據(jù)防腐蝕協(xié)會中的有關(guān)標準制定，也可以用來劃分 CO2中對環(huán)境的影響。其中Pco2<0.021MPa，處在這個等級的腐蝕屬于中等腐蝕，同時這個等級是一定要重視防腐措施。在Pco2>0.21MPa，便是嚴重腐蝕，這時便要使用防腐蝕管材。

2.3 溫度。高溫會不斷促進電化學反應(yīng)，也使得腐蝕速度不斷加快，同時 FeCO3沉降速度也會隨著溫度的提升不斷升高，腐蝕產(chǎn)物膜形成速度也會持續(xù)提升，從而使得腐蝕速率持續(xù)降低。通過實驗也可以發(fā)現(xiàn)：T<60℃時，F(xiàn)eCO3便很難在鋼鐵的表面形成保護膜，同時在此階段腐蝕物膜量通常較少同時附著力也較小，很容易發(fā)生均勻腐蝕。T=100℃時，便會形成厚同時也較為送散的腐蝕膜，這時便會發(fā)生坑蝕以及均勻腐蝕；在 T>150℃時，也會形成緊密、附著力強的膜， 同時腐蝕速率也會不斷降低。

2.4 流速。流速較高是會使得腐蝕介質(zhì)和金屬接觸的時間增加， 同時也會加快對腐蝕膜的破壞速度，提升腐蝕速率。

2.5 含水量。二氧化碳不管是氣相或者是液相，重要的是水要可以濕潤鋼鐵表面。干燥二氧化碳中鋼鐵腐蝕速度十分低，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當二氧化碳中的水含量不斷增加時碳鋼的腐蝕速度明顯增快，這些也可以說明二氧化碳中的含水量是影響腐蝕的重要因素。

3 二氧化碳防止腐蝕的方式

在國內(nèi)防止二氧化碳腐蝕的方法主要：使用優(yōu)質(zhì)管材，在管壁上涂保護層、加注緩蝕劑等。

3.1 優(yōu)先使用抗腐蝕管材。在潮濕環(huán)境中，含 Gr 材質(zhì)的不銹鋼有良好的抗腐蝕性能。同時低溫狀態(tài)隨著 Gr 含量的提升，抗腐蝕性能也會持續(xù)增加；隨著溫度提升，抗腐蝕性能也會出現(xiàn)快速下降的問題。

3.2 在管壁上涂好保護層。使用涂層保護管壁是防腐中經(jīng)常使用的方式，這種方式經(jīng)常使用在有較高壓力的油氣井內(nèi)。國外主要使用酚醛以及改性環(huán)氧酚醛樹脂涂料提升抗腐蝕性能，涂層厚度一般能夠達到 0.12～0.2mm。

3.3 增加 PH 值。從分析中可以看出當 6

3.4 加注緩蝕劑。不斷添加緩蝕劑成本低同時適用性強。緩釋及可以分為兩種，一種是有機胺類緩蝕劑另一種為表面活性緩蝕劑?，F(xiàn)在對咪唑啉緩釋劑研究較多，同時效果較好，因此是研究的重要方向。

小結(jié)

通過對二氧化碳中的腐蝕機理以及防腐因素和方式的研究之后， 要依據(jù)經(jīng)濟合適的原則選用各種防腐方式。雖然緩蝕劑在研究中有所發(fā)展和突破，但是總體看依然較為薄弱，需要新的緩蝕劑理論指引其發(fā)展。希望通過不斷研究和努力可以研究出經(jīng)濟使用的防腐蝕方式。

參考文獻：

[1]張大飛，劉成，胡君城，常蕾.移動式氣井壓裂返排液回收處理工藝技術(shù)研究及應(yīng)用[J].油氣田地面工程，2017，36（01）：1-4.