油田环境下C02对钢管材腐蚀研究

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油气井抗CO_2腐蚀缓蚀剂的研究进展

油气井抗CO_2腐蚀缓蚀剂的研究进展
v n a e u h a i l n s ,e s o us a t g s s c ssmp e e s a y t e,e o o z t n o n e t nt n t r a il c n mia i n i v sme ,a d wih g e ty ed.Th e e o me to o e d v lp n fCO2
缓 蚀 剂 分 子或 离 子 可 以 相互 吸 引 , 大 表 面 覆 盖 度 , 高 缓 蚀 效 增 提 果 。尽 管 咪唑 啉 及 其 衍 生 物 作 为 油 田缓 蚀 剂 得 到 广 泛 应 用 , 效 果也较理想 , 但其 缓 蚀 效 率 和 毒 性 仍 有 较 大 的提 升空 间 。
系列缓蚀剂。
定性 良好 , 且毒性低 、 生物降解性好 , 可用于酸性 、 中性 及大气介 质 中 , 别 适 合 于油 气 田 中 抗 C : 蚀 。 国 内关 于 酰 胺 类 缓 蚀 特 O 腐
剂 研 究 较 早 的 是 脂 肪 酸 酰 胺 , 以 脂 肪 酸 为原 料 经 酰 胺 化 得 到 即
1 1 咪唑 啉类 缓蚀 剂 .
咪唑啉类缓蚀剂是 一种含 氮五 元杂 环化 合物 , 特殊 刺激 无
脂 肪 酸 酰 胺 。 李 谦 定 等 以 混合 脂 肪 酸 和 二 乙醇 胺 为 原 料 合 成 混合脂肪酸二乙醇 酰胺缓 蚀剂 , 类缓 蚀剂对 金属 制件有 较好 该 的保 护作 用 。 以 油 酸 为 原 料 合 成 酰 胺 类 缓 蚀 剂 的 研 究 也 有 报 道 , 海 燕 等 以 油 酸 和 乙 二 胺 为 原 料 在 溶 剂 二 甲 苯 中合 成 了 杜 油酸酰胺类缓蚀剂 , 并采用对其抗 C O 腐蚀 的性 能进行 了研究 ,
c ro in i h b tr s s o r so n i io swa umm aie rz d.Th r s e t fa p i ai n we e a tcp td. T r n o u t e e e r h a d d — e p o p c so p lc to r n ii a e he te d frf rh rr s a c n e v l p n s a s ic s e . eo me twa lo d s u s d

N80钢在模拟油田CO2环境中的腐蚀实验

N80钢在模拟油田CO2环境中的腐蚀实验

圔腐蚀研究Corrosion ResearchN 80钢在模拟油田C O 2环境中的腐蚀实验万家瑰(东北石油大学,黑龙江大庆163318)摘要:采用失重法、EM S 及E D S 分析,模拟油田C O 2腐蚀环境对N 80钢进行C O 2腐蚀实验。

结果表明:随温度和C O 2分压的升高,N 80钢的腐蚀速率迅速增大,在压力为5M Pa 、温度为80°C 时,出现最极值。

温度大于80°C , N 80钢表面附着有连续的腐蚀产物膜,该膜对金属具有一定的保 护作用。

关键词:CO 2 N 80钢分压腐蚀速率中图分类号:T G 172.6文献标识码:ADOI : 10.13726/j .cnki .11-2706/tq .2017.04.072.03The CO2 Corrosion Experiment of N80 Steel in Simulative Oilfield ConditionWAN Jia-gui(Northeast Petrolume University , Daqing 163318, China )Abstract : The CO2 corrosion of N 80 steel was experimented in simulative CO2 oilfield condition and analyzed by weight-loss method , EMS and EDS . The result shows that the corrosion rate of N 80 steel increases rapidly with the increase of temperature and CO2 partial pressure . When the pressure is5MPa and the temperature is 80T , the most extreme value occurs . And N 80 steel surface is attached to a continuous corrosion product film over 80T , the film has a certain protective effect on the metal .Key words : CO2; corrosion N 80; steel ; corrosion rate0刖言随着深层含CO 2油气层的开发和CO 2驱油技术的深入推广,油井套管及地面集输管线的CO 2腐蚀越来 越严重,给我国石油工业造成了巨大损失[1]。

油田中的二氧化碳腐蚀

油田中的二氧化碳腐蚀

油田中的二氧化碳腐蚀CO2是油田生产中常见的腐蚀介质,油田单井、流程、海管中介质含有CO2均可能产生CO2腐蚀,尤其是流体含水量超过30%的情况下。

CO2通常状况下是一种无色、无臭、无味无毒的气体,能溶于水,在25℃溶解度为0.144g (100g水)。

密度约为空气的1.5倍。

干燥的CO2气体本身是没有腐蚀性的,但CO2溶于水后对钢铁材料具有比较强的腐蚀性。

CO2较容易溶解在水中,而在碳氢化合物(如原油)中的溶解度则更高,气体CO2与碳氢化合物的体积比可以达到3:1。

当CO2溶解在水中时,会促进钢铁发生电化学腐蚀。

CO2腐蚀除产生均匀腐蚀外,在大多数情况下产生局部腐蚀损伤。

根据CO2腐蚀的不同腐蚀破坏形态,能提出不同的腐蚀机理。

以CO2对钢铁和含铬钢的腐蚀为例,有全面腐蚀,也有局部腐蚀。

根据介质温度的不同,腐蚀的发生可以分为三类:在温度较低时,主要发生金属的活泼溶解,对碳钢主要发生金属的溶解,为全面腐蚀,而对于含铬钢可以形成腐蚀产物膜;在中间温度区间,两种金属由于腐蚀产物在金属表面的不均匀分布,主要发生局部腐蚀,如点蚀等;在高温时,无论碳钢和含铬钢,腐蚀产物可以较好地沉淀在金属表面,从而抑制金属的腐蚀。

1.二氧化碳全面腐蚀机理二氧化碳腐蚀是气体二氧化碳溶解于水中所产生的电化学腐蚀。

首先环境中的二氧化碳溶解于水中并形成碳酸。

然后碳酸经过两步电离,使溶液呈现酸性。

CO2+H2O⇌H2CO3H2CO3⇌H++HCO3−HCO3−⇌H++CO32−在含有二氧化碳的腐蚀溶液中,钢铁材料的阳极反应为:F e→F e2++2e−阴极反应为:2H++2e−→H2↑总的腐蚀反应为:CO2+H2O+F e→F e CO3+H2由总反应式可知,阳极溶解的铁离子和溶液中碳酸根离子形成F e CO3,F e CO3为规则的块状附着在金属表面。

当金属表面形成F e CO3腐蚀膜后,这种腐蚀膜没有明显的保护性。

在较高温度情况下,由于增大了钢铁表面初始的F e2+溶出速率而在钢铁表面生成致密的保护膜,该层膜结晶致密,可以阻止钢铁的进一步腐蚀。

油气生产中CO2腐蚀与防腐技术

油气生产中CO2腐蚀与防腐技术

分压MPa
温度
110℃ 8.4639 8.6012 9.948 7.9002 9.948
0.5 0.75 1 1.25 1.5
在T< 70℃ 时,N80钢的腐蚀速率随温度的升高而增加 在T=70℃时达到极大值 当T> 70 时,N80 钢的腐蚀速率随温度的升高反而减小 在90℃ 附近又出现了腐蚀极小值,当温度再升高时,腐蚀速率也随着加快 当温度大于60℃ 时,随着CO2分压的增加,N80钢片的腐蚀速率出现了线性增大的 趋势
当pH 值小于4时,N80 钢在饱和CO2的3%NaCl水溶液中的腐蚀速率随 着pH 值增大而减小 当pH 值在4-9之间时,腐蚀速率为一常数值 在碱性条件下,腐蚀速率随着pH 值增大而减小
15
二氧化碳腐蚀影响因素
3、温度的影响
图6、温度对腐蚀的影响
T<60 ℃
60 ℃ <T< l00℃
T >150℃
不腐蚀 可能腐蚀 发生腐蚀
0.02MPa
0.2MPa
即当温度一定时,CO2气体的分压愈大,材料的腐蚀就愈快。
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二氧化碳腐蚀影响因素
2、pH 值的影响
表2 不同pH 值下N80钢的腐蚀速率 pH 值 腐蚀速率mm/a pH 值 腐蚀速率mm/a 1 19.97 7 8.51 2 17.46 8 9.98 3 10.1 9 8.35 4 8.24 10 4.13 5 10.95 11 3.7
(4)
(5) (6)
析氢反应可按如下历程进行(1)(2)(3)(6)或(1)(2)(4)(5) 阴极反应:
pH<4
2H 2e H 2
H+的扩散是控制步骤
4<pH<6 H2CO3(吸附) + e- =H (吸附)+ HCO3- (吸附)

CO2对油气管材的腐蚀及防护

CO2对油气管材的腐蚀及防护

超临界CO2油水介质中腐蚀速率与水含量的关系 90℃,8.27MPa(Tc=31 ℃ , pc=7.38MPa)
因 素
防护措施
缓蚀剂: 较经济,但局部腐蚀和大排量的井 效果差 涂层: 较经济,但适应条件有局限。 如果涂层有局部破坏,将加速局部腐蚀
措 施
合金元素和金相组织改良 发展趋势,成本高 其他
+
+ e → H, 2H →H2
Fe + H2CO3 → FeCO3 + H2
碳 钢 腐 蚀 特 征
基本特征:
局部的点腐、癣状腐蚀、台面腐蚀、垢下腐蚀
原因:腐蚀程度不同的区域之间形成强腐蚀电偶,
特 征
加速局部腐蚀。
νe有时可达7mm/a
油套钢管的CO2腐蚀
特 征
塔里木油田某井油管CO2腐蚀形貌图
因 素
油套钢管的CO2腐蚀
CO2,H2S混合气体的腐蚀速率对比
实验编号 实验 条件 PCO2(ps i) PH2S(psi) 1 304 0 3.540 2 174 0 2.052 3 174 0.28 3.081 4 174 1.5 0.965 5 174 2 0.553 6 174 2.8 0.712
1.油套钢管的CO2腐蚀
特 征
辽河油田某井因CO2所致的油管腐蚀 (失重率:63% ;平均腐蚀速度=4.84 mm/年)
碳 钢腐蚀影 响 因 素
分压 PCO2: <0.021MPa 不腐蚀 0.021~0.21MPa 中等程度 >0.21MPa 严重腐蚀 温度 T: <60℃ 轻度均匀腐蚀 (FeCO3) 100℃左右 局部腐蚀(台状腐蚀或孔蚀) >150℃ 均匀腐蚀,速度下降(FeCO3和Fe3O4) 氯离子Cl- : 低温下 → νe下降 (抑制CO2的溶解度)

CO2对套管钢的腐蚀行为及气液两相缓蚀剂研究要点

CO2对套管钢的腐蚀行为及气液两相缓蚀剂研究要点

摘要在油气田开发过程中,CO2腐蚀是困扰世界各国油气工业发展的一个极为突出问题,也成为今后油气工业及油管生产厂家的一个急需解决重要课题。

本文针对川西某气井井筒中的CO2气液两相腐蚀现象,在实验室进行研究并研发出针对CO2腐蚀体系的气液两相缓蚀剂。

针对川西某气井CO2腐蚀体系,开展了介质温度、CO2分压、介质流速、Cl-浓度及pH值等对N80套管钢腐蚀行为的影响,结果表明,CO2腐蚀体系对N80钢气相腐蚀速率明显小于液相腐蚀速率,动态腐蚀速率显著高于静态腐蚀速率。

温度和CO2分压对N80钢腐蚀的影响均存在一个极值;Cl-浓度和pH值变化对液相腐蚀速率比较明显,而对于气相腐蚀速率甚微。

针对CO2气液两相腐蚀的特点,通过合成液相成分的双咪唑啉季铵盐和气相成分的多单元吗啉环己胺缓蚀剂,再与含硫有机物、炔醇类缓蚀剂及表面活性剂B进行正交实验复配,得到抑制CO2腐蚀的气液两相缓蚀剂SM-12B,其配方为双咪唑啉季铵盐:多单元吗啉环己胺:含硫有机物:炔醇类:表面活性剂B=3:3:1:1:2。

通过失重法研究了SM-12B缓蚀剂的缓蚀率,结果表明,使用SM-12B缓蚀剂存在一个极值浓度为400mg/L,其气相缓蚀率达到77%以上,液相缓蚀率达到85%以上;SM-12B缓蚀剂在温度小于90℃具有相对较高的缓蚀率,属于低温型缓蚀剂;SM-12B 缓蚀剂适用于CO2分压低于1.0MPa的CO2腐蚀环境;随着介质流速的增大,气液两相缓蚀率都降低;Cl-浓度对气相缓蚀率影响不大,而在一定程度上Cl-浓度能明显影响液相缓蚀率;SM-12B缓蚀剂在16~24h内,SM-12B缓蚀剂一直保持较高的缓蚀率。

用极化曲线、扫描电镜及XRD等研究了SM-12B缓蚀剂的缓蚀机理,极化曲线结果表明,SM-12B缓蚀剂的缓蚀作用类型为以阳极为主的混合型缓蚀剂,其缓蚀机理为“负催化效应”,即缓蚀剂的缓蚀效应主要是通过吸附改变电极反应的活化能,从而减缓腐蚀反应的速率。

CO2驱采井防腐配套技术研究与应用

CO2驱采井防腐配套技术研究与应用

CO2驱采井防腐配套技术研究与应用摘要:本文综述了油气田开发中CO2腐蚀的严重性、腐蚀机理及影响因素。

在对CO2腐蚀的现象、特点、类型、机理以及腐蚀的影响因素研究的基础上,提出了含CO2驱油井防腐工艺技术应着重解决好含CO2对应油井完井采用玻璃钢、不锈钢复合套管,生产管柱采用玻璃钢尾管加深、加注缓蚀剂等几种有效的防腐蚀措施。

关键词:CO2腐蚀影响因素腐蚀机理防腐配套技术一、CO2对油套管腐蚀的现状CO2对钢铁设备的腐蚀的形态可分为全面腐蚀(也称均匀腐蚀)和局部腐蚀两大类。

形成全面腐蚀时,金属的全部或大部分表面积上均匀地受到破坏。

形成局部腐蚀时,钢铁表面某些局部发生严重的腐蚀而其它部分没有腐蚀或只发生轻微的腐蚀。

点蚀属局部腐蚀,点蚀出现凹孔并且四周光滑;台地侵蚀属均匀腐蚀,会出现较大面积的凹台,底部平整,周边垂直凹底;但在流动条件下,流动会诱使台地侵蚀出现局部腐蚀形成凹沟,形状呈平行于物流方向的刀线槽沟。

整个油管腐蚀得千窗百孔,形同筛网。

从内侧表面可明显看出有平行于油流方向的槽沟和凹孔,充分表明了存在严重的流动诱使局部腐蚀和点蚀的现象,说明了油管在发生全面腐蚀的同时,又产生了严重的局部腐蚀。

二、CO2腐蚀机理干燥的CO2气体本身是没有腐蚀性的。

CO2较易溶解在水中,而在碳氢化合物(如原油)中的溶解度则更高,气体CO2与碳氢化合物的体积比可达3比1。

当CO2溶解在水中时,会促进钢铁发生电化学腐蚀。

并在不同的温度等条件下产生不同形式的腐蚀破坏。

因此,根据腐蚀破坏形态,可以提出不同的腐蚀机理。

下面以碳钢和含铬钢的CO2腐蚀为例来进一步阐述钢铁在CO2介质中发生腐蚀的基本原理。

前述分析说明,从大体上来说,CO2腐蚀可以分为全面腐蚀和局部腐蚀两大类,且随着温度等不同有不同的腐蚀形态。

根据金属表面产生的腐蚀破坏形态,可以按介质温度范围将腐蚀分为三类:在温度较低时,主要发生金属的活性溶解,为全面腐蚀,而对于含铬钢可以形成腐蚀产物膜。

经济型抗CO_2腐蚀油套管用低合金钢的研究

经济型抗CO_2腐蚀油套管用低合金钢的研究

经济型抗CO2腐蚀油套管用低合金钢的研究张忠铧,孙中渠,黄子阳,郭金宝(宝钢股份公司 技术中心,上海 201900) 摘要:在油套管C O2腐蚀失效分析基础上,研究了不同成分和组织钢在模拟不同油田采出液介质中的抗C O2腐蚀性能和腐蚀行为。

针对油田特定的腐蚀环境,优选出抗C O2、Cl-腐蚀性能良好的经济型低合金钢种。

关键词:二氧化碳;腐蚀;低合金钢中图分类号:TG142.33 文献标识码:B 文章编号:1008-0716(2002)04-0037-04R esearch of Low Alloyed Steel for Oil Well Pipeswith H igh Wet CO2Corrosion R esistanceZHANG Zhong2hua SUN Zhong2qu HUANG Zi2yang GUO J in2bao(B aosteel T echnology Center,Shanghai China,201900) Abstract:C orrosion behavior of steels with different chemical com positions and microstructures of oil well pipes in high wet C O2gas environment has been investigated in this paper.Based on the characteris2 tics of its corrosion damage in the oil wells,low alloyed steels with high C O2and Cl-corrosion resistance in the rotary immersion are developed.K ey Words:Carbon dioxide;C orrosion;Low alloyed steel 二氧化碳腐蚀是世界石油工业中普遍存在的一种常见的腐蚀类型,也是困扰我国油气工业发展的一个极为突出的问题[1,2]。

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后所形成的腐蚀产物 比较疏松 , 介质可 以容易透过腐 蚀产物 , 到达基体而对其进行腐蚀 , 所以腐蚀产物对基 体没有保护性 。腐蚀 产物中可以观察到 明显 的孔洞 , 而 且基 体 上观察 不 到外 层 Fe Co。 晶体 堆 垛结 构 。
3 C O : 腐蚀 速 率测 试
N 8 0 油管的腐蚀情况进行分析 , 并利用高温高压反应 釜研究了该油 田N 8 O 油井管抗 C O 腐蚀性能 。同时选
是 AP I 8 0 钢级 , 经 过调 质处 理 , 其 显微 组织 均 回火 马 氏 体组 织 。模拟 油 田环境各参 数 取值如 下 : 水 样 Na C 1
型, 矿化 度 l 0 8 6 0 mL / L, p H= 7 . 3 , 流速 1 . 5 m/ s ; C O。 分
压0 . 8 MP a ; 实验 温度 分 别选 取 3 0 ℃、 4 5 ℃、 6 0 ℃、 7 5 ℃和 9 O 0 { 2 ; 实 验周 期 1 0 d 。
油 田现 场 服 役后 的油 井管 N8 0 钢 的宏 观形 貌 显 示
收 稿 日期 : 2 0 1 3 — 0 5 — 2 8 修 回 日期 : 2 0 1 3 — 0 6 — 0 4
L 8 0 -1 3 C r 作 为 比较 材 料 , 研 究 了这 些材 料 在 油 田 腐蚀 环 境 中抗 腐蚀 性 能 。利 用 S E M、 E DS 、 XRD、 XP S 微 观 分析 方 法研 究 了高温 高压 CO 腐蚀 试 验后 的微 观 形 貌与 结 构特征 , 探 讨 了几种 材料 CO 腐
部位基本上不存 在腐蚀产物 , 流体的冲刷作用 阻碍 了 腐蚀产物在基体表 面的形成[ 7 ] 。利用点蚀深度测试计 测得局部腐蚀坑 的深度为 2 . 2 m m, 在腐蚀坑 的底部可

பைடு நூலகம்
管线造成严重的腐蚀n ] 。C O。 腐蚀往往引起油气 田管 道和设备 的腐蚀失效 , 是石油行业 主要 的腐蚀破坏形 式之一 , 给油 气 田造成 重 大 的经 济 损 失 , 甚 至是 灾难 性 事 故 和 生 态 环境 的 污染 H , 已成 为 困扰 石 油工 业 发 展
3 6
西部 探 矿工 程
2 0 1 3 年第 1 1 期
油 田环境 下 C O2 对 钢管材腐蚀研 究
王 兰洁 , 赵 刚锋 , 阳忠华
( 1 . 长江大学化学与环境工程学院, 湖北 荆州 4 3 4 0 2 3 ; 2 . 中石化 国际石油勘探开发有限公司, 北京 1 0 0 0 8 3 ;
2 N 8 0 钢 服役 后 的形 貌与 结构 分 析
速率 随着温度升高稍为有所增大 , 但在几个所研究 的 温度 内腐蚀速率均 比较小 , 只有 0 . 6 6 ~5 . 7 1 mm / a , 呈现
出 比较 好 的耐 腐 蚀 性 。而 L 8 0 -1 3 C r 在 这 些 环 境 中则
蚀 速 率 明显 增 大 , 而且 温度 高 于 6 0 ℃后 出现 了严 重 的
局部腐蚀 , 包括点腐蚀 和台地状腐蚀 。当温度增大到
9 0 ℃时 , 腐 蚀 速 率 高达 到 4 0 . 7 5 mm/ a , 并 且 发生 了严 重 的局部 腐 蚀 , 局部腐 蚀 速率 达 到 6 2 . O 9 mm/ a 。 而选 用 的 对 比材料 中 , N8 0 -3 C r 、 N8 0 S -3 C r 腐 蚀
的一个 极 为突 出并 急需 解 决 的问题 。 本 文 利 用 微 观 分 析 方 法 对 T油 田现 场 服 役 后 的
以观察到一些褐色的腐蚀产物 , 坑 内的腐蚀介质处 于 个 相 对静 止 的状 态 , 有 利 于腐蚀 产 物 的形成 。
S E M 表 面形 貌 显 示 N8 0 钢 在 现 场 的 环 境 中腐 蚀
蚀机 理 。
关键 词 : N8 0 油管; CO 腐蚀 ; 微 观分 析 ; 油 田环境 中图分 类号 : T E 9 8 文 献标 识码 : A 文 章编 号 : 1 0 0 4 — 5 7 1 6 ( 2 0 1 3 ) 1 1 — 0 0 3 6 — 0 4 石 油 开 采 与 集 输 过 程 中广 泛 存 在 着 C O。 气体 , 当 伴生 C O 气体溶于水形成 H 。 C O。 时, 会对油套管 、 集输 其 在现 场 的 环境 中出现 严 重 的腐 蚀 。发 生 全 面腐蚀 的
N8 0 - 3 C r 、 N8 O S -3 C r 、 L 8 0 -1 3 C r 为 对 比材料 。材 料 均
( 3 0  ̄ C ) , 抗C O。 腐蚀性 能 比较好 , 腐蚀 速率 比较小 , 只 有1 . 3 0 mm/ a ( 表1 ) 。随 着 环 境 温 度 的升 高 , N8 O的 腐
3 . 中石 油长庆 油 田分 公 司第 二采 油技 术服 务处 , 甘肃 庆城 7 5 4 1 0 0 ) 摘 要 : 对 油 田现 场服 役 后 的 N8 0 油 管 的 CO: 腐蚀 情 况进 行 分 析 , 同 时选 用 N8 0 — 3 Cr 、 N8 0 S 一 3 C r 、
高 温高压 C o。 模 拟试验结果显示 , N8 0 在 低 温 时
了高 温高压 C O 腐蚀试验后 的微 观形貌 与结 构特征 , 探 讨 了几 种材 料 C o。 腐蚀 机理 。 1 实验 方法 及参 数选 取
试 验 材料 为 油 田现 场 服 役 后 的 N8 0油 管 , 并 选 择
用 N8 0 - 3 Cr 、 N8 0 S 一 3 Cr ( 抗硫 管 ) 、 L8 O 一1 3 C r 作 为 比较 材料 , 研 究 了 这 些 材 料 在 油 田腐 蚀 环 境 中 抗 腐 蚀 性 能 。利用 S E M、 E DS、 X R D、 XP S 等 微 观 分析 方 法研 究
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