油气管道CO2腐蚀影响因素及防腐实验.pdf

第 3 3 卷第 U期 2 0 1 4 ． 1 1 试验研究 油气管道C O 2 腐蚀影响因素及防腐实验 吴晗 汪益宁 王晖’ 陈燕虎 l振华石油控股有限公司 2 中国石化胜利油 田分公司地质科学研究院 摘要 根据CO 腐蚀程度的不同、温度的差异以及腐蚀形 态的不 同，一般将 CO 腐蚀分为 全面腐蚀 、局部腐蚀 ，因此也就 出现 了不 同的腐蚀机理。采 出液 中所含 CO 对管道腐蚀 巨大， 容易造成事故和损失。在分析采出液中C O 腐蚀管道的过程和腐蚀机理的基础上，明确了C O 腐蚀 管道的各项影响 因素 ，主要 包括环境 因素、材料 因素、力学 因素三个方面。对于CO 的防 腐采用以咪哇琳 类化合物为主剂缓蚀剂 ，其中 B L 一2 缓蚀效果最佳 ，缓蚀率达 8 5 ％以上。 关键词采出液 ；C O 。 腐蚀 ；影响因素；防腐 d o i l O ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 6 6 8 9 6 ． 2 0 1 4 ． 1 1 ． 0 2 2 C O 在合适的温度和压力条件下 ，对管道钢材 能够造成严重腐蚀破坏，由此引起的材料破坏称为 C O 腐蚀。在油田开发中，流体中含有大量对管道 设 备 造 成 腐蚀 影 响 的物 质 ，包 括 H 。 S 、C O 、C 1 一 等，其中C O 。 腐蚀是最普遍也是最严重的腐蚀。因 此有必要对采出液C O 。 腐蚀过程及机理进行研究， 结合实际情况分析C O 。 对管道腐蚀的影响因素 ， 进 而进行实验研究其影响情况和规律 ，从而得 出油 田 采出液中C O z 对管道腐蚀的具体过程特征。 1 管道的腐蚀过程及机理 要了解C O 对管道的具体腐蚀过程 ，就需要对 C O 。 腐蚀 机理进行 分析 ，C O 。 腐蚀机理一直是管道 腐蚀和防护研究的重点。C O 溶于水和原油，会导 致钢铁材料表面发生电化学反应而产生腐蚀 。根据 C O 腐蚀程度的不同、温度的差异以及腐蚀形态的 不同，一般将 C O 腐蚀分为全面腐蚀 、局部腐蚀 ， 因此 也就出现了不 同的腐蚀机理n 。局部 C O 。 腐蚀 一 般造成穿孔或小范 围破损 ，本文将其机理归类为 全面腐蚀的一部分 。 C O z 腐蚀 阴极反应有两种 ，包括非催化的氢离 子阴极还原反应和表面吸附 C O 。 的氢离子催化还原 反应。对上述C O 腐蚀阳极和阴极反应进行综合， 得 出C O 腐蚀机理 的反应过程为 F e 2 C02 2 H2 0 F e 2 H2 CO3 _ F e H2 2 HCO 一 3 上述化学反应机理即C O 腐蚀管道的过程，通 过对其分析，结合C O 。 腐蚀管道的影响因素，可由 实验明确C O 对管道腐蚀的详纽隋 况。 2 管道腐蚀的影响因素 油 田采出液 中的 C O 。 对管道腐蚀 的影响因素很 多，一般反映在腐蚀速率和腐蚀形态方面。腐蚀影 响因素分为环境因素、材料因素等各个方面，材料 因素和环境因素决定了腐蚀产物膜的特性，包括腐 蚀产物膜的组成 、结构 、形态、致密度 、电化学特 征、弹性模量、应变力、黏附力等特性，腐蚀影响 因素 内容和相互关系如图 1 所示 。 c o 2 对管道腐蚀影响因素 环境因豢 I I 材料阏綮 I I 力 学一化学因 温度 l l C O 分 胍l l p H 值f l 介 质成 分l l 成 分I l 组 织 f I 流速 l l 流 态 腐蚀产物膜的特性I l 腐蚀产物膜的破损 c 0 对管道腐蚀形态和特性 图 1 采出液 C 0 对管道腐蚀的影响因素 由于上述影响因素是常见的采 出液中C O 。 对管 道腐蚀情况，其中各种因素的影响程度也不相同， 根据经验和我国油田管道c O 。 腐蚀的实际情况，从 温度、C O 分压、C 1一 、p H值四个方面分析其对C O 。 腐蚀影响。 2 ． 1 温度对c 0 腐蚀的影响 温度是C O 腐蚀 的重要影响因素 ，温度改变对 化学反应速度、程度和腐蚀产物成膜效果有较大的 影响 ，对腐蚀产物膜 的影 响更大 。研究表 明，温度 在 6 O D C 左右 ，C O 腐蚀转变形态较大 。由于F e C O 。 在液体 中的溶解度随温度上升而降低 ，在 6 0 1 2 0 o C 左右产生腐蚀产物膜 ，出现腐蚀速率过大， 造成局部腐蚀严重 。在 6 0。 C以下 时基本不会形成 产物膜，腐蚀速率会达到最大；在1 1 0。 C 以上时钢 材 料表 面会 发生发 如下反应 3 F e 4 H 0 F e 。 O 4 H ，因此会出现另一个腐蚀速率最大值，腐蚀产 一 4 4一 油气田地面工程 h t t l ／ ／ ．Ⅵ w． v q t d ma c ． c 。 m 3 卷笫 1 1 2 0 1 4 ． 1 1 试验研究 物膜也就变成了两种铁产物的混合膜。 2 ． 2 C 0 分压对腐蚀 的影响 C O 对管道腐蚀的影响很大程度上受到C O 在 水溶液 中的溶解度 也就是 系统 中的 C O 。 分压 p 的影响，当C O 。 分压较高时，采出液中的碳 酸浓度高，使采出液中产生的氢离子浓度高，腐蚀 速度加 快 。随着 系统压 力 的增 加 ，C O 。 溶 解度增 大，腐蚀速率加快。C O 对管道腐蚀速率和 P 的 关 系 一 般 采 用 模 型 经 验 公 式 确 定 I g V 0 ．6 7 1 1 g P c，其 中 c为常数 。一般情况 下 ，C O 。 分压越大 ，C O 腐蚀速率越大。 2 ． 3 采 出液成分对腐蚀的影响 油田采出液成分复杂，其中含有的大量成分物 质对 C O 。 腐蚀具有一定的影响。H C O 的存在会抑 制F e C O 。 的溶解 ，形成钝化膜，降低钢材的腐蚀速 度 ；C a 存在会加大腐蚀速率；在一般的采出液中 C l 一 含量 常 常 比较 高 ，而且 容 易促 进 铁化 物 的溶 解，对腐蚀的速率和特性造成影响。 2 ． 4 p H 值对C O 腐蚀的影响 p H值直接影 响采出液中 H C O 。 的存在形式 ，在 酸性条件下，管道腐蚀特别严重 ， p H值对管道C O 。 腐蚀的影响体现在一是高p H值引起无机离子结 垢沉淀 ，进而导致局部腐蚀和穿孔；二是低p H值 导致氢离子浓度大，促进腐蚀速率加快，这是由于 管道在 酸性介质中的腐蚀主要是 因为发生以氢离子 为去极化剂的电化学反应。 3 防腐实验 为有效控制和预防C O 对设备和管道的腐蚀 ， 通常采用在油井采出液中加注缓蚀剂 的方法来减轻 C O 对设备和管道的腐蚀。由于油田采出液对设备 和管道的腐蚀主要是 由于液体 中含 C O 和高矿化度 所导致 ，因此 ，在防腐试剂中选用咪哇琳类化合物 为主剂缓蚀剂 B L系列。 3 ． 1 缓蚀剂筛选实验 采用静态失重法进行测试 ，选用长 、宽 、厚为 4 0 m m x 1 0 mm x 1 ． 5 mm的 Q 2 3 5 钢作 为实验对象 ， 经打磨 、清洗 、脱脂 、干燥等处理后称重。在高压 静态腐蚀试验釜 中加入浓度为 3 0 L的N a C 1 溶液和 缓蚀剂溶液3 0 0 m L ，将4 片处理后的试验钢片分别 挂在气液两相中，通 1 h C O 。 气体以排除溶液中的 氧气 。在试验釜中先后加入硫化钠溶液及盐酸溶 液 ，调节 C O 。 减压阀，使釜 中C O 压力达到0 ． 6 MP a ， 再将高压釜放人 6 0。 C 恒温水浴槽 中，3 d 后取出试 片，处理后称重，计算腐蚀速率和缓蚀率。以某油 田T 6 1 井 、T 1 2 5 井采出液脱 出水为腐蚀介质 ， 实验考察 了B L系列缓蚀剂 的缓蚀性能 ，从 室温 下各缓蚀剂缓蚀实验结果可 以看 出 B L系列缓 蚀剂在不 同加量下 ，均有一定 的缓蚀效果 ，且随加 注量的增加缓蚀速率不断增大 ，当缓蚀剂加量大于 6 0 m g ／ L时 ，缓蚀速率高达 9 0 ％以上 ，因此初 步选 择 B L 一2 缓蚀剂为该油 田采出液防腐用缓蚀剂。 3 ． 2 缓蚀剂抗温实验 实验考察 了 B L 一2 缓蚀剂在 室温 、5 0 、7 0 、 9 O。 C 不 同温度条件下 ，6 0 mg ／ L B L 一2 缓蚀剂缓 蚀性能 ，实验结果如表 1 所示。 表1 不同温度条件下B L 一2 缓蚀剂缓蚀性能实验结果 温度 c 垂 曩 窒渝 l 5 0。 7 0 9 0 空白腐蚀速率， m m- H 1 8 井缓蚀腐蚀速率， m m a - 缓蚀率 空白腐蚀速率／ m m a - H 5 7 井 缓蚀腐蚀速率／ m m a - 缓蚀率， ％ 空白腐蚀速率／ m m a 。 H 3 4 井 缓蚀腐蚀速-／ m m a 缓蚀率／ ％ 0．0 4 5 0．0 61 0．0 9 7 0 ． 1 2 7 0．0 0 2 0．0 0 4 0． 0 0 8 0 ． 0 1 6 9 5 ． 6 9 3 ． 4 9l _8 8 7．4 0 ． 0 6 4 0 ． 0 9 3 0． 1 3 7 0． 1 8 4 O ． 0 o 3 0．0 0 6 0．01 5 0．0 2 4 9 5．3 9 3．5 8 9． 1 8 7．0 0．0 6 7 0．0 9 7 0． 1 4 2 0． 1 9 6 O ． O o 3 O ． o o 6 0 ． 01 4 0 ． D 2 5 9 5 ． 5 9 3 ． 8 9 O ． 1 8 7．2 表1 实验结果表明，随着温度的升高，污水腐 蚀速率加快 ，B 一卜 2 缓蚀剂缓蚀效果下降，在 9 O。 C 时对于油田采出液脱出水缓蚀率仍高达8 5 ％ 以上 ，说明B L 一2 缓蚀剂抗温效果 良好。 4 结语 1 采出液中所含C O 。 对管道腐蚀巨大，容易 造成事故和损失。明确了采出液中C O 腐蚀管道的 过程和腐蚀机理 ，在此基础上详细分析了C O z 腐蚀 管道的影响因素，主要包括环境因素、材料因素、 力学因素三个方面。 2 对于C O 。 的防腐考虑采用以咪哇琳类化合 物为主剂缓蚀剂，B L 一2 缓蚀效果最佳，缓蚀率 达 8 5 ％以上 。 参考文献 [ 1 】 万里平 ，孟英峰 ，梁 发书．油 田开发 中的二氧化碳腐 蚀及影 响 因素[ J 】 ．全 面腐蚀 控制 ，2 0 0 3 ，1 7 2 1 4 1 7 ． [ 2 ] 孙丽，李长俊，彭善碧．c 0 腐蚀影响因素研究[ J ] _管道技术与 设备，2 0 0 8 6 3 5 - 3 9 ． 【 3 ] 万泰力．大庆油田采油污水腐蚀因素分析f J 1 _油气 田地面工 程 ，2 0 0 8 ，2 7 2 2 9 3 0 ． 栏 目主持杨军 油 气 田 地 面 工 程 h t t D ／ ／ VV V V V ．v q t d m a c ．c 。 m 一 4 5