油气集输管道防二氧化碳腐蚀的方法选优

关 键 词 集输 管道 二 氧化 碳 腐蚀 缓 蚀 剂 耐蚀 合金 铜 双金 属 复合 管
随 着我 国油气开采的深入 ，集输管道 因内腐蚀而造成 的失
效 故 障越 来 越 频繁 ，给 国家造 成 严 重的 经济 损 失 。如 何 减少并 避 免 故 障 的发 生 是工 程技 术 人 员面 临 的重 大 问题 。 国 内外诸 多研 究
原过 程 。
主要有 ：耐蚀材料的选择 、表面处理技术 （ 包括内防护涂层 ）、 阴极保护和加注缓蚀剂等。其中，应用最广泛的措施总结起来主 要有三种 ：①碳钢加注缓蚀剂 ；②耐蚀合金纯材管；③双金属复
合 管 。这 三种 管 材 的优 缺点 如下 。
２ ． １ 碳 铜 管加 注缓 蚀 剂
多 ；而加入０ ． ２ ％Ｃ ｕ 以后腐蚀速 率明显提高 ；Ｓ 、Ｐ 元素对腐蚀速
率则没有影响。进一步研究发现 ，ｃ ｒ 能提高钢的耐Ｃ Ｏ ， 腐蚀性能
主要 是 因为 表 面形 成稳 定 的膜 以及 膜 的 自行修 复 能 力所 致 。
Ｎ ｉ 的 加入 通常 能 提 高合 金钢 材 的耐 Ｃ Ｏ： 腐蚀 性 能 。添 加 ９ ％Ｎ ｉ 的钢 材 已用于高Ｃ Ｏ ， 分 压的环 境 中。Ｃ ｒ － Ｎ ｉ 钢在ｃ ｒ 含量 为 １ ２ ％时对Ｃ Ｏ 的腐蚀抗 力很 高 ，即使在Ｃ Ｏ 分压很 大时也一样 ，
缓蚀剂是 目前广泛采用的防止 二氧化碳腐蚀 的措施 。缓蚀
剂是通过化学的方法除掉腐蚀介质或者改变环境性质以达到防腐
的目的。根据油气井腐蚀环境和生产情况 ，有针对性地选用缓蚀
剂 的种 类 、用 量 及 加 注 方 法 。 这 类化 学 药 剂 包 括 杀 菌 剂 、除 硫 剂 、除氧 剂 、Ｐ Ｈ 值调 节 剂等 等 。 缓 蚀 剂 防 腐 不仅 适 用 于新 投 产 的井 ，而 且 可 以用 于 已受 到
发现 ，对集输管道采取一定的防腐措施 ，可 以有效地减少和避免
事故 的 发生 。
１ 二 氧化 碳 腐蚀 机 理 的研 究
１ ． １ 二 氧 化碳 腐 蚀 过程
Ｃ Ｏ ， 的腐蚀速 率 ，但是在某些特 定环境下和材料共 同作 用下 ， ｃ ０ 的腐蚀抗力将降低 。值得注意的是 ，当ｃ ｒ 含量较高时，局部 腐蚀的倾向将随之加大。 Ｎｉ ｃ ｅ 等人研究了低碳钢在Ｃ Ｏ ， 腐蚀介质中合金元素的作用行
不同程度二氧化碳腐蚀 的已投产井。选择合适的缓蚀剂不仅可以 抑制均匀腐蚀而且可以抑制局部腐蚀 、应 力腐蚀和腐蚀疲劳。此 方法的成本低廉 ，但随着时间的推移 ，后续生产过程中会不断发 生维修作业费 、缓蚀剂购置费及其他的附加费用等 ，耗资会迅速 增加，且此种方法在异常高温高压环境下的防护效果不佳。
技 术 创 新
南肛科 技 ２ ０ １ ３ 年ｌ ｌ ｇ ６ ￣
油气 集输管道 防二氧化 碳腐蚀 的 方法选 优
王培程① 龚银春① 田仙 丽②
① 西 南 石 油 大 学 机 电工 程 学 院
摘
６ １ ０ ５ ０ ０ 成 都 ；② 四 川师 范大 学 化 学 与 材 料 科 学学 院
根 据 上述 理 论 ， 目前 国 内外 在 油气 生 产 中ｃ ０ 腐蚀 防 护 措施
形貌。③流动诱导机制 。流动诱导机制理论认 为腐蚀产物膜粗糙
表面引起的微湍流所产生的剪切应力促使腐蚀产物膜局部变薄 ， 并进一步发展为疏松的孔 。这些疏松孔所对应的基体处变成了 “ 小阳极”而产生局部腐蚀破坏 。 （ ２ ）碳钢管均匀腐蚀机理 。碳钢管道的均匀腐蚀主要为电 化学腐蚀 ，Ｃ Ｏ 溶解于水生成碳酸溶液 。钢铁在Ｃ Ｏ 水溶液 中的 均匀腐蚀的阳极过程相同于钢在其他酸溶液的阳极过程。腐蚀的 阴极反应机理主要有两种观点 ，一种是非催化的氢离子阴极还原 反应 ，另一种机理是表面吸附Ｃ Ｏ ， 的氢离子催化还原反应 。两种 阴极反应的实质都是由Ｔｃ ｏ 溶解 后形 成的ＨＣ Ｏ ： （ 电离 出Ｈ ＋ 的还
但 是在环境 中出现ｃ ｌ 一 时，便会产生点蚀和缝隙腐蚀 。而在低合
金领域 ，Ｎ ｉ ￥ １ ］ 没有明显影响。
２ 二 氧化 碳腐 蚀 的 防护 措施
小孔状腐蚀坑 。②台地腐蚀。台地腐蚀仍为局部腐蚀最初发生在 几个小点 ，小点发展到一定的尺寸时 ，４， － ｆ Ｌ 之 间连成一片。腐蚀 介质等一些外部因素将覆盖小孔腐蚀产物膜打开 ，形成台地腐蚀
为 ，研 究 结 果 表 明 ，加 入 ０ ． ５ ％Ｃ ｒ 后 ，钢 的 腐 蚀 速 率 降 低 了 一 倍
在油气 田开 采中 ，很 多地层 中含有二氧化碳 ，而 当流体 中 二氧化碳 的含量达到一定量时，便会对仪器设备产生腐蚀 。腐蚀 形式可分为均匀腐蚀和局部腐蚀两大类。 （ １ ）碳钢管道局部腐蚀机理 。对于碳钢管道 ，引起刺漏的 主要原 因为管道 内壁 的局部腐蚀 ，其腐蚀机理研究相对较为成 熟 ，局部腐蚀现象主要包括点蚀 、台地腐蚀 、流动诱导机制等。
①点蚀。点腐蚀，简称点蚀，也叫小孔腐蚀或孔蚀 ，它是指金属
材 料 在某 些 环境 介 质 中 ，经过 一定 的 时 间后 ，大部 分表 面 不发 生
腐蚀或腐蚀很轻微 ，但在表面上个别的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ或微小区域内，出现蚀
孔 或 麻点 ，且 随着 时 间的 推移 ，蚀 孔 不 断 向纵 深方 向发 展 ，形 成
要 钢 质 集输 管 道 防止 内腐 蚀 的 方法 ，从 原 理上 主要 分为碳 钢 加 注缓 蚀 剂和使 用耐蚀 合 金 管材 ，而耐 蚀合 金 管 中 包
括 使 用 不锈 钢 纯材 和使 用双金 属 复合 管 材 。 － 本 文介 绍 了两种 防腐技 术的特 点 ，对各 自优 缺 点进 行 了比较 。
Ｉ ｋ ｅ ｄ ａ 等人认为 ，不同ｃ ｒ 含量在不同温度存在 一个最大的应 力腐蚀速率 ，而且此温度随ｃ ｒ ， 含量的升高向高温方向移动 ，与此 同时 ，不含ｃ ｒ 钢和含ｃ ｒ 量至５ ％的钢种 ，在２ ０ ０ ℃时 ，其腐蚀速率
出现 了 一 个 最 小 值 。 Ｉ ｋ ｅ ｄ ａ 同 时 认 为 ，一 定 含 量 的 ｃ ｒ 可 以 降 低