生產管道腐蝕現象及預防措施探討

張濤，張群

勝利油田分公司海洋采油廠，山東 東營 257237

0 引言

隨著油氣田開發生產年限的日漸延長以及油田綜合含水率的逐年升高，以及注入水采出影響，管道輸送介質礦化度逐漸上升，加之油氣井產出液及伴生氣中含有大量的侵蝕性物質，如NA+﹑K+﹑CA+﹑MG2+﹑及H2S﹑CO2﹑少量溶解氧﹑細菌等，H2S﹑CO2﹑細菌﹑溶解氧是主要的腐蝕劑，對腐蝕的發生具有強烈的催化作用，而原油或天然氣中的水是腐蝕劑的載體，油田注水﹑油氣集輸管線等油田生產設施必然遭受嚴重的腐蝕,是造成采集設備事故頻發的主要原因。

1 鋼鐵腐蝕的影響因素

金屬管道常見的腐蝕按其作用原理可分為化學腐蝕和電化學腐蝕兩種。在海洋環境中，空氣中的鹽霧﹑水分﹑海水中電解質濃度﹑含氧量﹑微生物，以及海浪﹑砂石的沖刷作用，對防腐涂層和鋼結構都有不同程度的破壞和腐蝕。

1.1 pH值

一般情況下，當pH值在4～10時，在pH值不大于4的酸性范圍內，碳鋼表面的氧化物覆蓋膜將完全溶解，致使鋼鐵表面和酸性介質直接接觸。當pH值在10～13的堿性范圍內時，隨碳鋼表面的pH值升高，Fe2O3覆蓋膜逐漸轉化為具有鈍化性能的r—Fe2O3保護膜，腐蝕速率會有所下降。但是當p H值過高時，腐蝕速率又會上升，其原因是碳鋼表面的鈍化膜溶解成可溶性的鐵酸鈉（NaFeO2）。

1.2 溶解氧

氧腐蝕是油田注水系統的主要腐蝕形式之一，是由于脫氧水質不合格，或者處理﹑儲存過程管道存在滲漏。介質中含有極低濃度的氧（低于1mg/L）就可造成極為嚴重的腐蝕，如果同時有H2S或CO2氣體存在，腐蝕速度會急劇升高。O2在水中的溶解度取決于溫度﹑壓力和水中Cl-的含量。O2的腐蝕一般為局部腐蝕，其局部腐蝕速率為其平均腐蝕速率的（2～4）倍。

1.3 礦化度

在所有對管壁產生腐蝕的介質中，海水和油田污水的腐蝕力是最強的。油田污水不僅含有原油，而且在地下油層中因高溫高壓而溶解了多種無機鹽和氣體，所以油田污水的礦化度可高達5000mg/L～8000mg/L，對金屬的腐蝕性極大，含鹽量﹑Na濃度﹑電阻率都會導致海水的導電性增大，腐蝕加速。

1.4 二氧化碳

CO2可以溶解在水中，生成碳酸，引起電化學腐蝕。二氧化碳的溶解度是溫度﹑壓力以及水的組成的函數，低碳鋼的腐蝕速率可達3 mm/年～6mm/年，甚至7mm/年。

1.5 細菌

大量研究結果表明，細菌經常是造成油田注水系統腐蝕的重要因素。細菌的生長繁殖，會導致腐蝕速率明顯上升。20#鋼的腐蝕屬于活性溶解腐蝕，陰極過程為氧的去極化，當pH值為8.5時，陰極過程主要是：

除硫酸鹽還原菌外，在油氣開采過程中造成腐蝕的菌種還有腐生菌（TGB）和鐵細菌。

1.6 溫度

實驗研究表明，在封閉系統中，腐蝕速率隨溫度升高而不斷增加，因此溫度是影響腐蝕的重要因素。溫度與濕度相互間的協同效應，影響鋼鐵的腐蝕速率，在高溫高濕環境下，金屬的電化學反應加速，使鋼鐵的腐蝕加快。

1.7 濕度

金屬發生電化學反應與氧和水的作用關系甚大。在大氣環境中，受空氣相對濕度的影響，當空氣中相對濕度超過60%以上時，鋼鐵的腐蝕速率呈指數曲線上升。空氣相對濕度低于50%，腐蝕速率極低。

2 涂層保護防腐技術

2.1 目前鋼材常用防腐涂料

涂料的防腐一般通過底漆﹑中涂漆﹑面漆的協同作用來完成，涂裝一定的膜厚，來達到要求的防腐年限。

2.1.1 富鋅底漆

富鋅底漆相比其它品種底漆具有防腐性能強，耐熱性優良，附著力好，耐候性好，不影響焊接施工等優點。富鋅底漆的防腐機理是基于金屬鋅對鋼鐵的陰極保護作用

2.1.2 重防腐蝕環氧粉末涂料

環氧粉末涂料是由環氧樹脂﹑固化劑﹑顏料﹑添加劑組成的熱固型粉末涂料。除具有環氧樹脂涂料的優良防腐性能外，還具有一次涂層厚﹑無溶劑揮發﹑無針孔等優點。

2.1.3 環氧玻璃鱗片重防腐涂料

環氧玻璃鱗片重防腐蝕涂料是以環氧樹脂為主要成膜物質，以薄片狀的玻璃鱗片為骨料，配以各種添加劑組成的厚漿型涂料。玻璃鱗片很薄，能在涂層中重疊﹑平鋪﹑定向排列，形成獨特的屏蔽結構，因此具有優良的耐磨性，硬化時收縮率小，熱膨脹系數小，耐溫度驟變性好，這種防腐涂層也有較好的防護效果。

2.1.4 H87環氧耐溫涂料

H87環氧耐溫涂料是針對油田高溫污水腐蝕專門研制的，是一種新型的含SAT無機材料的改性環氧涂料。由于H87涂料涂層的中間層添加了SAT無機材料，使防腐層提高了隔熱﹑耐熱性能，有效地阻止高溫介質的破壞作用，并增強了涂膜的防滲透性能和耐水﹑耐油﹑耐化學藥品的性能。

2.1.5 8701環氧樹脂涂料

8701環氧樹脂涂料是由環氧樹脂（基料）﹑改性胺類固化劑﹑溶劑﹑助劑﹑顏料組成，并分底漆和面漆兩種。因采用新型無毒固化劑固化涂層，該涂料與普通涂料相比，具有固體含量高﹑溶劑污染小﹑固化溫度低﹑涂料氣味小﹑涂層耐酸﹑耐堿﹑耐油﹑耐水性優異等特點。該涂料在很多油田的污水管道﹑原油儲罐內防腐涂層中應用，取得了很好的防腐效果。

2.1.6 環氧改性聚氨酯重防腐涂料

該涂料的漆基是由液體環氧樹脂與甲苯二異氰酸酯(TDI)反應生成的含有一定量羥基的共聚物，與研制的固化劑匹配，能夠滿足室溫固化的技術要求。在油田污水﹑鹵水管道和設備內壁中有著很長的應用歷史。

2.2 防腐涂料涂裝的注意事項

2.2.1 表面處理

在防腐涂料的施工前，必須將鋼材表層的舊漆﹑油漬﹑鐵銹﹑污垢擦拭干凈，用鋼絲刷或鋼絲輪打磨平整，完全露出金屬本體，才可以進行涂裝，并且嚴格按照涂料進行配料，不能為了進行噴涂方便任意摻加稀釋劑，降低涂料的附著性和防腐性能。

2.2.2 溫度濕度

施工時一定要注意被涂鋼材的表面溫度必須高出環境的露點溫度3℃以上。否則，會在鋼材表面產生冷凝水。因為涂料在成膜過程中，溶劑揮發吸收熱量，使鋼鐵表面溫度下降，接近露點溫度，水汽開始冷凝，這種現象在溫度較低的注水系統和產氣量大的油井管道出現很多，所以更應該在管道沒有投產前完成防腐工作。

2.2.3 施工工序

由于一般人過于注重面漆質量，經常會忽視底漆的作用，甚至會不經意的省略掉底漆刷涂工序，底漆通常是金屬防腐層的最后一道“防線”，必須嚴格按照施工設計執行刷涂遍數，確保每一道底漆和面漆刷涂質量。