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1、第24卷第2期河南科技大学学报(自然科学版)Vol.24No.22003年 6月JournalofHenanUniversityofScienceandTechnology(NaturalScience)June2003文章编号:1000-5080(2003)02-0100-04国内外油气管道腐蚀及防护技术研究现状及进展胡鹏飞,文九巴,李全安(河南科技大学材料科学与工程学院,河南洛阳471003)摘要:我国大多数油田含有CO2、H2S等腐蚀性气体,CO2、H2S腐蚀是井下油气管的主要腐蚀类型。本文简要综述了CO
2、2、H2S腐蚀机理和影响因素,并在此基础上介绍了采用缓蚀剂、涂镀层油管、普通碳钢管材、耐蚀合金钢管材、玻璃钢和塑料管材、阴极保护几种国内外常用的防腐措施,并指出镀铝钢在油气管道上的应用将是非常广阔的。关键词:管道;防护;腐蚀速度中图分类号:TE988.2文献标识码:A0 前言随着石油天然气开采量的日益扩大,油气管道的腐蚀及防护也越来越受到重视。CO2作为石油、天然气或地层水的组分存在于油气层中,采用CO2混相技术提高原油采收率时,也会将CO2带入原油生产系[1]统。CO2溶于水后,在相同PH值时其总酸度比盐酸高,
3、故对井内管材的腐蚀比盐酸更严重。加之有的油气井中含有H2S气体,管内混合液的流动状态、温度、pH值、材料等也对腐蚀产生很大的影响,因此使得腐蚀过程更加复杂。[2～9]目前国内外对CO2或H2S单独作用下腐蚀的研究比较充分,而对H2S、CO2共存体系中,尤其是高温高压H2SPCO2多相流动介质中的研究比较少,对于实际工况条件下有针对性的研究就显得更少,尚无法满足实际防腐应用的需要。为此,本文综述了目前油气田的CO2、H2S腐蚀研究状况,介绍了国内外常用的腐蚀防护方法,以便为油气田的腐蚀防护方案和研究方向提供借鉴。1
4、CO2的腐蚀CO2腐蚀是困扰世界石油工业同时也是困扰我国油气工业发展一种常见的腐蚀。CO2腐蚀最典型的[2]特征是管道的局部产生点蚀、藓状腐蚀和台面状腐蚀,其中,台面状腐蚀是腐蚀过程最严重的。关于CO2的腐蚀机理,一般都认为是溶解在水中的CO2和水反应生成H2CO3,尔后再和Fe反应使之被腐蚀:CO2+H2O=H2CO3Fe+H2CO3=FeCO3+H2+- 但是溶液中的H2CO3绝大部分是以H和HCO3存在的,因此,反应生成物中大多数是Fe(HCO3)2,它在高温下分解为:Fe(HCO3)2=FeCO3+H2
5、O+CO2 实际上腐蚀产物碳酸盐(FeCO3、CaCO3)或结垢产物膜在钢铁表面不同区域的覆盖程度不同,不同覆盖度的区域之间形成了自催化作用很强的腐蚀电偶,CO2的局部腐蚀就是这种腐蚀电偶作用的结果。这一[2]机理也很好解释了水化学作用和在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。[2,3,10]--2+2+影响CO2腐蚀的因素比较多,温度、CO2分压、流速、合金元素、Cl、HCO3、Ca和Mg、细菌、Fe3C浓度、FeCO3溶解度、保护膜、管材的热处理及显微组织等对腐蚀都有一定的影响,多个因素
6、影响下的腐蚀情况相对比较复杂。基金项目:河南省高校杰出科研人才创新工程项目(2001kycx009);河南省高校青年骨干教师项目(豫教高[2001]225)作者简介:胡鹏飞(1978-),男,河南省沁阳市人,硕士生收稿日期:2002-11-05第2期胡鹏飞等:油气管道腐蚀及防护技术的国内外研究现状及进展·101·2H2S的腐蚀有的油气田中含有大量的H2S气体,其在水中的溶解度比较大,具有强烈的腐蚀性。当FeS致密且与金属基体结合紧密时,对腐蚀具有一定的减缓作用。但当生成的FeS不致密时,可与金属基体形成电位差[1
7、1]为0.2～0.4V的强电偶,反而促使基体金属的腐蚀。另外,当溶液中或金属基体表面有硫化物存在时,硫化物一定程度上阻止了氢原子向氢分子的转变,这些氢原子在管杆表面层的缺陷等部位结合成氢分子并聚集膨胀,产生氢压,在管杆的服役拉力叠加、协同作用下,就形成了SSCC(H2S应力腐蚀开裂)。油井下管杆的工况条件,如产液流速、工作温度、受力状态、表面缺陷等都能加速H2S对钢材的腐蚀和SSCC。关于H2SPCO2共存体系中油气管的腐蚀,国内外的研究还比较少,尤其是高温高压H2SPCO2多相流动介质中的研究更少,所以研究H2
8、S、CO2共存条件下的腐蚀显得更加重要。3 常用的腐蚀防护技术3.1 采用缓蚀剂采用缓蚀剂防腐主要是利用缓蚀剂的防腐作用来达到减缓油管腐蚀的目的。其防腐效果主要与井[12]况、缓蚀剂类型、注入周期、注入量等有关。该技术成本低,初期投资少,但工艺复杂,对生产影响较大。此外,不同井况要求缓蚀剂的类型也不尽相同,通常情况下,中性介质中多使用无机缓蚀剂,以钝化型和沉淀型为主;酸性
