CO2-EOR环境碳钢和Cr13钢腐蚀产物膜稳定性研究的展望.pdf

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1、第41卷第5期化工机械54lC02一EOR环境碳钢和Crl3钢腐蚀产物膜稳定性研究的展望4王勇”1李洋1孙振旭2张旭昀1徐子怡3毕凤琴1(1．东北石油大学材料科学与工程系；2．中国石油集团公司长城钻探工程有限公司工程技术研究院3．中国石油大学(北京)石油工程学院)摘要从C0：腐蚀产物膜稳定性出发，对C0：腐蚀过程中影响碳钢和Crl3钢产物膜稳定性的因素进行了综述，提出了目前存在的问题和解决的方向。关键词碳钢Crl3钢cO：一EORc02腐蚀产物膜第一性原理计算中图分类号TQ050．4+1文献标识码A文章编号0254-6094(2014)05旬541_05CO：是一种高效驱油溶剂，注CO：气强

2、化采油(C02-EnhancedOilRecovery，C02一EOR)工艺在提高采收率的同时还可解决伴生cO：出路问题，实现环保开发和有效减排。cO：一EOR工艺已成为三次采油中最具潜力的提高采收率方法之一。自20世纪70年代以来，美国、加拿大、法国及阿布扎比等国分别在油田开展了cO，一EOR工艺研究，可使采油率从10％一20％提高到40％。国内油田先后开展了co：-EoR工艺试验，可提高采收率15％左右。大庆油田于2003年开展一注五采CO：一EOR驱油先导性试验，2007年在榆树林油田先后开发树10l、东14和树16共3个区块，累计实施注气井18口，为大庆外围油田能量衰竭的油层重新注入

3、新能量，于2009年将cO：一EOR技术纳入战略储备技术，并逐步将试验区从外围油田向老区油田延伸。目前，我国低渗透油气藏约63．2亿t，尚有50％左右未开采，而已开采的低渗透资源，由于技术水平制约，平均采收率仅为23．3％，因此CO：-EOR技术在国内油田具有非常广阔的应用空间。在高效注采过程中，大量CO：被注入油层后，约有50％～60％被永久封存于地下，剩余则随油田伴生气或采出液返回地面。CO：-EOR多采用水、气交替注入方式，CO：溶于水介质后，对油套管、井下工具及地面管线等产生严重腐蚀，极大地缩短油气井生产寿命，造成巨大经济损失，已严重制约了cO，．EOR技术的发展。而且实际c0：-E

4、OR采出液含有大量的cl一、Ca“及Mg“等，致使管线腐蚀和防护变得更为复杂。因此，研究cO：腐蚀防护对CO：一EOR高效注采技术的安全运行和提高开发效益具有重要的理论和实际指导意义。1碳钢CO，腐蚀产物膜稳定性研究1．1环境因素对碳钢CO：腐蚀产物膜的影响碳钢在CO：环境中的腐蚀取决于环境因素，如温度、压力、pH值、溶液化学性质、油水比、流速、油管材料及表面产物膜特征等。从CO：腐蚀机理分析，实现有效防护的措施有两种：一是改变环境参数，抑制阴极反应过程的进行；二是改变或优化材料，促使钢表面生成致密、完整且保护性强的产物膜。因此，研究腐蚀产物膜的组成、结构、形成过程和力学性能对碳钢抗c0：腐

5、蚀至关重要。研究表明，只有当温度高于70℃或pH>7或cO：分压高于1MPa时，FeCO，产物膜才具有保护}黑龙江省教育厅科学技术研究资助项目(12541079)。t·王勇，男，1979年11月生，副教授。黑龙江省大庆市，163318。542化工机械2014年性¨’2o。碳钢只有在形成这种保护性FecO，产物膜时才能在含CO：的环境中安全使用。在多数情况下，腐蚀环境和力学因素会影响FeCO，过饱和度，进而直接影响产物膜的生长方式”1。阴离子(主要为Cl’)可以破坏表面膜层完整性，导致点蚀发生，例如在含饱和CO，的Nacl溶液中，FecO，产物膜溶解性随Nacl浓度(1％～10％)的增加而增加

6、M。；而阳离子(如ca“、Mg“)对表面膜影响则不同，主要体现在产物膜层结构和成分的差异，例如在含饱和CO：的地层水中，N80钢表面由FeC0，+少量a．FeOOH和内层(Fe，Ca)CO，组成(FeC0，晶格Fe位置被Ca取代)”1；CroletJL和BonisMR发现析出的CaCO，可以抑制保护性FeC0，膜的析出或改变其析出形式怕1；而B6llinghausT等则得出crl3钢浸泡24h后表面并没有FeCO，相出现¨。。这些不一致的说法至少说明溶液中ca“的出现影响了FeCO，产物膜的形成过程和构成形式。除此之外，流体的流速和粘度、膜的粗糙度和孔隙率以及涡流强度变化引起的局部压力改变等

7、都会影响膜的完整性¨。。一旦表面产物膜局部损伤或破裂，就会形成电偶腐蚀效应，少量裸露的钢表面电位较低，与周围覆盖产物膜高电位的表面形成大阴极小阳极，引起钢严重的局部腐蚀。1。2组织和成分对碳钢C0：腐蚀产物膜的影响从材料的角度出发，选用或开发一些具有稳定表面产物膜的材料已成为各大油田控制C0，腐蚀的首选途径。从动力学上分析可知，保护性FeCO，产物膜的析出和碳钢表面密切相关。L6pezDA等发现FeCO，产物