國(guó)內(nèi)外油氣管道腐蝕及防護(hù)技術(shù)匯總
隨著石油天然氣開(kāi)采量的日益擴(kuò)大，油氣管道的腐蝕及防護(hù)也越來(lái)越受到重視。CO2作為石油、天然氣或地層水的組分存在于油氣層中，采用CO2混相技術(shù)提高原油采收率時(shí)，也會(huì)將CO2帶入原油生產(chǎn)系統(tǒng)。CO2溶于水后，在相同PH值時(shí)其總酸度比鹽酸高，故對(duì)井內(nèi)管材的腐蝕比鹽酸更嚴(yán)重。加之有的油氣井中含有H2S氣體，管內(nèi)混合液的流動(dòng)狀態(tài)、溫度、pH值、材料等也對(duì)腐蝕產(chǎn)生很大的影響，因此使得腐蝕過(guò)程更加復(fù)雜。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)CO2或H2S單獨(dú)作用下腐蝕的研究比較充分，而對(duì)H2S、CO2共存體系中，尤其是高溫高壓H2S、CO2多相流動(dòng)介質(zhì)中的研究比較少，對(duì)于實(shí)際工況條件下有針對(duì)性的研究就顯得更少，尚無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際防腐應(yīng)用的需要。為此，本文綜述了目前油氣田的CO2、H2S腐蝕研究狀況，介紹了國(guó)內(nèi)外常用的腐蝕防護(hù)方法，以便為油氣田的腐蝕防護(hù)方案和研究方向提供借鑒。
一、CO2的腐蝕
CO2腐蝕是困擾世界石油工業(yè)同時(shí)也是困擾我國(guó)油氣工業(yè)發(fā)展一種常見(jiàn)的腐蝕。CO2腐蝕最典型的特征是管道的局部產(chǎn)生點(diǎn)蝕、蘚狀腐蝕和臺(tái)面狀腐蝕，其中，臺(tái)面狀腐蝕是腐蝕過(guò)程最嚴(yán)重的。
關(guān)于CO2的腐蝕機(jī)理，一般都認(rèn)為是溶解在水中的CO2和水反應(yīng)生成H2CO3，爾后再和Fe反應(yīng)使之被腐蝕：
CO2+H2O=H2CO3Fe+H2CO3=FeCO3+H2
但是溶液中的H2CO3絕大部分是以H+和HCO3-存在的，因此，反應(yīng)生成物中大多數(shù)是Fe（HCO3）2，它在高溫下分解為：
Fe（HCO3）2=FeCO3+H2O+CO2
實(shí)際上腐蝕產(chǎn)物碳酸鹽（FeCO3、CaCO3）或結(jié)垢產(chǎn)物膜在鋼鐵表面不同區(qū)域的覆蓋程度不同，不同覆蓋度的區(qū)域之間形成了自催化作用很強(qiáng)的腐蝕電偶，CO2的局部腐蝕就是這種腐蝕電偶作用的結(jié)果。這一機(jī)理也很好解釋了水化學(xué)作用和在現(xiàn)場(chǎng)一旦發(fā)生上述過(guò)程時(shí)，局部腐蝕會(huì)突然變得非常嚴(yán)重等現(xiàn)象。
影響CO2腐蝕的因素比較多，溫度、CO2分壓、流速、合金元素、Cl-、HCO3-、Ca2+和Mg2+、細(xì)菌、Fe3C濃度、FeCO3溶解度、保護(hù)膜、管材的熱處理及顯微組織等對(duì)腐蝕都有一定的影響，多個(gè)因素影響下的腐蝕情況相對(duì)比較復(fù)雜。
二、H2S的腐蝕
有的油氣田中含有大量的H2S氣體，其在水中的溶解度比較大，具有強(qiáng)烈的腐蝕性.當(dāng)FeS致密且與金屬基體結(jié)合緊密時(shí)，對(duì)腐蝕具有一定的減緩作用.但當(dāng)生成的FeS不致密時(shí)，可與金屬基體形成電位差為0.2~0.4V的強(qiáng)電偶，反而促使基體金屬的腐蝕.另外，當(dāng)溶液中或金屬基體表面有硫化物存在時(shí)，硫化物一定程度上阻止了氫原子向氫分子的轉(zhuǎn)變，這些氫原子在管桿表面層的缺陷等部位結(jié)合成氫分子并聚集膨脹，產(chǎn)生氫壓，在管桿的服役拉力疊加、協(xié)同作用下，就形成了SSCC（H2S應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂）.油井下管桿的工況條件，如產(chǎn)液流速、工作溫度、受力狀態(tài)、表面缺陷等都能加速H2S對(duì)鋼材的腐蝕和SSCC。關(guān)于H2S-CO2共存體系中油氣管的腐蝕，國(guó)內(nèi)外的研究還比較少，尤其是高溫高壓H2S-CO2多相流動(dòng)介質(zhì)中的研究更少，所以研究H2S、CO2共存條件下的腐蝕顯得更加重要。
三、常用的腐蝕防護(hù)技術(shù)
1、采用緩蝕劑
采用緩蝕劑防腐主要是利用緩蝕劑的防腐作用來(lái)達(dá)到減緩油管腐蝕的目的.其防腐效果主要與井況、緩蝕劑類(lèi)型、注入周期、注入量等有關(guān).該技術(shù)成本低，初期投資少，但工藝復(fù)雜，對(duì)生產(chǎn)影響較大.此外，不同井況要求緩蝕劑的類(lèi)型也不盡相同，通常情況下，中性介質(zhì)中多使用無(wú)機(jī)緩蝕劑，以鈍化型和沉淀型為主；酸性介質(zhì)使用的緩蝕劑大多為有機(jī)物，以吸附型為主.但現(xiàn)在的復(fù)配緩蝕劑根據(jù)需要在用于中性介質(zhì)的緩蝕劑中也使用有機(jī)物，而在用于酸性水介質(zhì)的緩蝕劑中也添加無(wú)機(jī)鹽類(lèi).不同金屬的原子外層電子排布、電位序列、化學(xué)性質(zhì)等有所不同，它們?cè)诓煌橘|(zhì)中的吸附和成膜特性也不相同。因此，如果需要防護(hù)系統(tǒng)是由多種金屬構(gòu)成，單一的緩蝕劑難以滿(mǎn)足要求，此時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮緩蝕劑的復(fù)配使用.緩蝕劑有兩種注入方式：（1）間歇式注入方式：將緩蝕劑自油管內(nèi)注入后，必須關(guān)井一段時(shí)間后才能開(kāi)井（處理周期一般為2~3個(gè)月），因此，對(duì)生產(chǎn)有一定的影響。
（2）連續(xù)式注入方式：主要通過(guò)油套環(huán)或環(huán)空間的油套管及注入閥將緩蝕劑連續(xù)注入井內(nèi)或油管內(nèi)，油氣井不需要關(guān)井，因此，對(duì)生產(chǎn)影響較小。
2、使用涂鍍層
管材使用涂鍍層油管主要是靠涂鍍層隔絕油管與腐蝕介質(zhì)的接觸來(lái)達(dá)到防腐的效果，其防腐效果與涂層或鍍層材料及工藝技術(shù)水平有關(guān).該技術(shù)對(duì)油氣井的生產(chǎn)影響較小，工藝簡(jiǎn)單而且成本一般不會(huì)很高。但是油管接頭在加工時(shí)容易存在涂層被破壞的"漏點(diǎn)"，這必然會(huì)加重"漏點(diǎn)"處的腐蝕，對(duì)油管整體的防腐效果不利。
3、使用普通碳鋼管材
使用普通碳鋼管，并在其壽命期限內(nèi)更換油管、套管、管柱.該措施須頻繁更換油管，對(duì)油氣井生產(chǎn)影響很大，但生產(chǎn)初期基本不增加防腐費(fèi)用，這種方法比較適合開(kāi)采年限較短的油氣田。
4、使用耐蝕合金鋼管材
該類(lèi)管材主要依靠自身的耐腐蝕性能抵抗CO2腐蝕.國(guó)外在含CO2的油氣井中一般采用含Cr鐵素體不銹鋼管（9%~13%Cr）；在CO2和Cl-共存的嚴(yán)重腐蝕條件下用含Cr、Mn、Ni的不銹鋼（22%~25%Cr），用Ni、Cr合金或Ti合金作油套管用以代替中碳（0.2%~0.4%C）Mn、Mo（加微量Nb、V、Ti）低合金熱軋無(wú)縫管或高頻直縫焊管。此類(lèi)管材在其有效期內(nèi)，無(wú)需其它配套措施，對(duì)油氣井生產(chǎn)作業(yè)無(wú)影響，且工藝最簡(jiǎn)單，但初期投資很大.目前世界上許多國(guó)家如阿根廷、日本、挪威等都在研制價(jià)格便宜、防腐效果好的合金鋼油氣管材，國(guó)內(nèi)寶山鋼鐵有限公司也在研制這類(lèi)管材。文獻(xiàn)通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)五種石油專(zhuān)用管材的HIC和SSCC分析，綜合考慮合金元素對(duì)HIC和SSCC的影響后認(rèn)為，低碳錳鋼石油專(zhuān)用管材的主要成分為：WC=0.06%~0.08%、WMn×1.3%、WSi=0.16%~0.38%、WP×0.016%、WS×0.005%，在此基礎(chǔ)上再加入0.01~0.05%的Ti、Ni、V、Nb、Cu、Re等元素。
5、使用玻璃鋼或塑料管材
文獻(xiàn)報(bào)道，玻璃鋼管道在國(guó)外已得到廣泛使用，如中東地區(qū)的輸水及輸油管道全部采用玻璃鋼在日本大口徑的輸液管以及與水相關(guān)的管道已占到25%.目前國(guó)內(nèi)玻璃鋼管應(yīng)用不多，但已有不少單位在進(jìn)行該方面的工作.文獻(xiàn)報(bào)道，塑料管材不僅耐腐蝕，而且制造工藝簡(jiǎn)單，有利于環(huán)保，是一種有發(fā)展前途的新型油田用管.目前使用最多的是聚乙烯管材，聚乙烯管因其承載能力低而使其應(yīng)用受到限制，但有兩種類(lèi)型的塑料管得到了廣泛的應(yīng)用：（1）加內(nèi)襯鋼管，由聚乙烯管在鋼管內(nèi)拔制而成；（2）強(qiáng)力聚乙烯管，由纏繞柔韌材料（金屬絲、帶、纖維）的玻璃鋼外殼和加金屬的內(nèi)壁制成.塑料管材在油氣田上的應(yīng)用已取得了良好的效果，今后塑料管材會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。
6、陰極保護(hù)
目前陰極保護(hù)使用范圍日趨廣泛，地下管道、電纜、儲(chǔ)槽、橋梁、熱交換器、冷卻器等凡是與電解質(zhì)溶液接觸而產(chǎn)生腐蝕的設(shè)備都可以用陰極保護(hù)法來(lái)提高其抗腐蝕能力。陰極保護(hù)有兩種方法：（1）犧牲陽(yáng)極法：將被保護(hù)金屬和一種可以提供保護(hù)電流的金屬或合金（即犧牲陽(yáng)極）相連，使被保護(hù)體極化以降低腐蝕速率.（2）強(qiáng)制電流保護(hù)法：將被保護(hù)金屬與外加電源負(fù)極相連，由外部電源提供保護(hù)電流，以降低腐蝕速率。在油田防腐上，主要是利用犧牲陽(yáng)極的方式來(lái)保護(hù)井下管柱（一般用于保護(hù)套管）免受腐蝕，但其操作工藝復(fù)雜，方案設(shè)計(jì)時(shí)所需基本參數(shù)要求準(zhǔn)確，且易受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響，很難達(dá)到最佳的防腐效果，作業(yè)成本也較高。文獻(xiàn)報(bào)道了管道外防腐絕緣層與陰極保護(hù)的聯(lián)合使用是最經(jīng)濟(jì)、最合理的防腐措施，還報(bào)道了燕山石化公司對(duì)埋地管道采用防腐涂層結(jié)合犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法，對(duì)管道的防腐起到了良好的效果。
7、鍍鋁鋼
在管道防腐技術(shù)上的應(yīng)用早在1893年，德國(guó)人就發(fā)明了鋼材熱浸鍍鋁技術(shù)，隨后法國(guó)、美國(guó)也公布了熱浸鍍鋁的技術(shù)專(zhuān)利，20世紀(jì)50年代到60年代，國(guó)外鋼帶熱浸鍍技術(shù)處于迅速發(fā)展時(shí)期。我國(guó)自上世紀(jì)80年代至今已建成十幾個(gè)鍍鋁生產(chǎn)廠(chǎng)家。鍍鋁鋼材因具有良好的耐熱性、耐腐蝕性、特別是具有優(yōu)異的耐硫化（SO2、H2S）腐蝕性而被廣泛地應(yīng)用于石油、石化、化工、冶金、機(jī)械、建筑、交通工程、電力工程、海洋工程及國(guó)防領(lǐng)域.鍍鋁鋼的耐大氣和耐SO2腐蝕性能均明顯高于鍍鋅鋼板.美國(guó)鋼鐵公司用鍍鋁鋼板作屋頂板，經(jīng)23年連續(xù)使用證明，鍍鋁板在工業(yè)大氣、海洋與鄉(xiāng)村環(huán)境中的腐蝕性比熱鍍鋅鋼板高5~9倍。文獻(xiàn)分別研究了5%Al-Zn和55%Al-Zn鍍鋁鋼的微觀(guān)結(jié)構(gòu)和耐蝕性，研究表明鍍層傾向于形成中間合金（FeAl3，F(xiàn)e2Al5，F(xiàn)e4Al13）.鍍層腐蝕按下列順序發(fā)生：富Zn相（α）、富Al相（β），最后是中間合金，正是由于這層中間合金使鍍鋁鋼的耐腐蝕性得以提高。近些年，又發(fā)現(xiàn)加入適量的稀土表面鍍鋁層的光亮平整性、耐蝕性、流動(dòng)性、形成性、微觀(guān)組織等都有大大提高和改善。稀土可以提高合金涂層的致密性，可以在Fe、Al合金表面存在一定的富集，增強(qiáng)Fe、Al之間的擴(kuò)散，使Fe、Al合金層與基體的界面呈鋸齒狀，這種起伏可以提高界面積，從而提高界面結(jié)合力；并且稀土在鋁層中可以減少非金屬夾雜，使鍍層腐蝕活化電位降低，抗腐蝕能力提高。文獻(xiàn)報(bào)道了適量的稀土可以明顯提高鍍件在強(qiáng)酸介質(zhì)中的耐腐蝕性能，加入RE后，小孔腐蝕逐漸向均勻腐蝕過(guò)渡，這表明鍍層中的RE阻止了小孔的生核和使小孔鈍化，增強(qiáng)了鍍層小孔的穩(wěn)定性，因而提高了鍍層的耐腐蝕性能.極為活潑的RE有可能在雜質(zhì)濃度較高處與雜質(zhì)反應(yīng)生成復(fù)雜的化合物，減少熱浸鍍件表面的活性區(qū)域，使鍍件表面趨于一致，從而減少微電池反應(yīng)；另外，富集在鍍件表面的RE可以形成致密均勻的氧化層，這兩方面的影響使構(gòu)件在HCl水溶液中的耐腐蝕性能提高。采用鍍鋁鋼比采用玻璃鋼、不銹鋼、合金鋼等更加經(jīng)濟(jì)，比傳統(tǒng)的粉末涂層與基體的結(jié)合更牢，且不老化、耐磨損、在苛刻條件下更耐腐蝕。
四、防護(hù)方法的選擇
文獻(xiàn)通過(guò)實(shí)例說(shuō)明合理防腐技術(shù)的確定與待開(kāi)發(fā)油藏的壽命Lt與普通碳鋼油管的預(yù)計(jì)壽命Lp之比r=Lt/Lp有關(guān).在不同腐蝕環(huán)境下，假定采用的緩蝕劑的緩蝕效率不變，目前的價(jià)格體系不變，則可以根據(jù)r值確定可采用的防腐技術(shù)。當(dāng)r≤2時(shí)，即在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，最多需更換一次油管時(shí)，適宜采用普通碳鋼油管。當(dāng)2
五、結(jié)束語(yǔ)
以上分析表明，我國(guó)的油氣井都存在著不同程度的腐蝕問(wèn)題，有的為CO2腐蝕，有的為H2S腐蝕，有的兩者兼而有之.采用緩蝕劑、使用涂鍍層管材、使用普通碳鋼管、使用耐蝕合金鋼管材、使用玻璃鋼和塑料管材、陰極保護(hù)這幾種常用的防護(hù)措施都有其優(yōu)點(diǎn)和不足.針對(duì)不同油氣井的實(shí)際情況，應(yīng)采用最經(jīng)濟(jì)、最簡(jiǎn)單的防腐技術(shù).同時(shí)，可以預(yù)見(jiàn)鍍鋁鋼作為油氣井管材的應(yīng)用將是一個(gè)非常廣闊的研究領(lǐng)域。
六、夢(mèng)能服務(wù)與支持
1、免費(fèi)樣品
如果您對(duì)我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請(qǐng)樣品試用，請(qǐng)與我們的客服人員取得聯(lián)系。400-878-0506
油漆樣品適用范圍：
用于新建項(xiàng)目：驗(yàn)證油漆配套的可行性、檢驗(yàn)附著力、效果圖與實(shí)際顏色的色差。
用于維修項(xiàng)目：驗(yàn)證與舊涂層的兼容性。
用于日常修補(bǔ)：提供少量樣品用于修補(bǔ)破損處。
申請(qǐng)用量：在1KG以?xún)?nèi)免費(fèi)送貨上門(mén)。
2、免費(fèi)打樣
如果您想看到工業(yè)重防腐油漆在產(chǎn)品上的實(shí)際應(yīng)用、外觀(guān)、性能測(cè)試，請(qǐng)與我們客服人員聯(lián)系，將樣板寄往夢(mèng)能科技營(yíng)銷(xiāo)部，由專(zhuān)業(yè)噴涂人員為樣板提供油漆打樣。
3、服務(wù)團(tuán)隊(duì)
夢(mèng)能對(duì)技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)始終進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化管理，從專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)到日常報(bào)告的管理都有一整套完善的體系。夢(mèng)能公司每年都會(huì)對(duì)技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計(jì)，以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準(zhǔn)的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進(jìn)的涂裝檢驗(yàn)儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時(shí)間期限進(jìn)行定期校驗(yàn)，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。
4、購(gòu)買(mǎi)通道
零售：購(gòu)買(mǎi)50kg以?xún)?nèi)，線(xiàn)上購(gòu)買(mǎi)，抖店直接下單購(gòu)買(mǎi)。
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貿(mào)易、代理：提供代工業(yè)務(wù)支持，項(xiàng)目保護(hù)。
業(yè)主、總包、設(shè)計(jì)院：提供防腐方案設(shè)計(jì)、性能檢測(cè)、施工方案、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)。
涂裝施工：提供解決方案、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)。
