35#中碳鋼腐蝕因素分析

彭復俊

（東北石油大學機械科學與工程學院金屬材料與工程系2009-02班 163318）

0 引言

當前，我國油田基本上采取注水開發方式開采，隨著水驅規模的增大，油田含水呈上升的趨勢，加上注入液中含有大量的礦物質以及產出液中含有的侵蝕性物質，如CL-1、HCO3-、Na+、K+、Mg2+、Ca2+離子，有的井中不同程度的含有溶解氧和細菌，這些因素對鋼管材質的影響很大，極易使鋼制材料發生腐蝕，對油田生產和人員安全帶來一定程度的隱患[1-2]。在前人對腐蝕機理研究的基礎上，本文重點從溫度、礦物質含量等方面進行了鋼材腐蝕影響因素的分析和研究，尋求以上影響因素對腐蝕速率的影響規律，用于現場指導[3]。

35#中碳鋼在油田系統得到了越來越廣泛的應用，在鉆井、集輸和采油中普遍使用，其化學成分如表1所示。

表1 35#中碳鋼的化學元素表（W%）

1 實驗部分

1.1 實驗材料

某油田注入水，35#中碳鋼金屬掛片，廣口瓶，電控水浴鍋，電子天平。

1.2 實驗步驟

準備8個廣口瓶，每個廣口瓶中加入油田注入水1000 ml，放入2個事先準備好的35#中碳鋼金屬掛片。將廣口瓶完全密封后，放入電控水浴鍋中，保持溫度70℃，每隔24h取出金屬掛片用電子天平稱重，根據重量計算腐蝕速率。

腐蝕速率計算按照如下公式[4]：

其中 ：V——腐蝕速率，g/（m2·h）；

W0——金屬掛片的初始質量，g；

Wt——金屬掛片腐蝕后清楚腐蝕物后的質量g；

A——金屬掛片的表面積，m2；

T——腐蝕實驗的時間，h。

1.3 影響因素分析

（1）35#中碳鋼腐蝕速率和溫度之間的關系

保持其它條件一定，將水浴溫度調節到不同值，反應24h后用電子天平測重量，計算腐蝕速率，得出35#中碳鋼腐蝕速率和溫度之間的關系。

（2）35#中碳鋼腐蝕速率和CL-1含量之間的關系

保持其它條件一定，調節CL-1含量，反應24h后用電子天平測重量，計算腐蝕速率，得出35#中碳鋼腐蝕速率和CL-1含量之間的關系。

（3）35#中碳鋼腐蝕速率和Ca2+、Mg2+含量之間的關系

保持其它條件一定，調節Ca2+、Mg2+含量，反應24h后用電子天平測重量，計算腐蝕速率，得出35#中碳鋼腐蝕速率和Ca2+、Mg2+含量之間的關系。

2 結果與討論

2.1 35#中碳鋼腐蝕速率和溫度之間關系的實驗結果

按上述實驗步驟測定了在不同溫度下，35#中碳鋼腐蝕速率變化規律，得出溫度和腐蝕速率關系曲線圖，如圖1所示。

圖1 溫度和35#中碳鋼腐蝕速率的關系曲線

從圖1可以看出，在一定的溫度范圍內，當溫度升高時，腐蝕速率也隨著溫度的升高迅速升高，在59℃時達到最大腐蝕速率。此后，隨著溫度的繼續升高，腐蝕速率呈現下降趨勢。原因在于溫度升高，會產生較多的氣體，在含水的條件下呈酸性介質，會加速腐蝕，而溫度超過一定范圍會使這種分解速度得到抑制，腐蝕速率呈現下降的趨勢。

2.2 35#中碳鋼腐蝕速率和CL-1含量之間關系的實驗結果

按上述實驗步驟測定了在不同CL-1含量下，35#中碳鋼腐蝕速率變化規律，得出CL-1含量和腐蝕速率關系曲線圖，如圖2所示。

圖2 CL-1含量和35#中碳鋼腐蝕速率的關系曲線

從圖2可以看出，35#中碳鋼腐蝕速率和CL-1含量近似成直線關系，35#中碳鋼腐蝕速率隨著CL-1含量的增加而增大。原因在于CL-1具有強還原性，吸附在鋼材上使得鋼材局部腐蝕，隨著CL-1含量的增加，吸附達到飽和時，會穿透鋼材表面滲入其中，加速鋼材腐蝕速率。

2.3 35#中碳鋼腐蝕速率和Ca2+、Mg2+含量

按上述實驗步驟測定了在不同Ca2+、Mg2+含量下，35#中碳鋼腐蝕速率變化規律，得出Ca2+、Mg2+含量和腐蝕速率關系曲線圖，如圖3和圖4所示。

圖3 Ca2+含量和35#中碳鋼腐蝕速率的關系曲線

圖4 Mg2+含量和35#中碳鋼腐蝕速率的關系曲線

從圖3和圖4可以看出，在一定的含量范圍內，35#中碳鋼腐蝕速率隨著Ca2+、Mg2+含量的增高而近似直線上升，當達到一定含量值時，腐蝕速率達到最大，超過此含量范圍后，腐蝕速率隨著含量的升高而趨于下降。原因包括兩個當面：鋼材所處環境中存在電離平衡，Ca2+、Mg2+的大量存在，會使平衡移動，分解出CO2，達到新的平衡。此時溶液中CO2濃度增大，體系CO2減少，因此開始隨著含量的升高，腐蝕速率增大；其次，Ca2+、Mg2+的存在使得結垢現象變得嚴重，會吸附在金屬表面，使得局部發生腐蝕，所以，腐蝕速率隨著Ca2+、Mg2+含量的增加而變大。

3 結論

（1）本文研究對象為油田生產中普遍使用的35#中碳鋼材，腐蝕速率研究方法是常用的金屬掛片失重法。

（2）本文研究的影響鋼材腐蝕速率的因素包括擇溫度、CL-1含量、Ca2+和Mg2+含量，發現不同的因素對腐蝕速率的影響程度不同，趨勢各異，具體原因和鋼材化學元素和鋼材所處環境有關。

（3）以上研究結果可以為油田生產系統鋼材的選擇和防腐方法提供一定的理論依據，具有一定的現實意義。

[1]楊秀清.油氣田腐蝕與防護技術[J].天然氣工業，1994，14（5）：59-62.

[2]鮮思干.川東氣田油管腐蝕及對策[J].鉆采工藝，1994，17（2）：38-43.

[3]劉鈞.從油管腐蝕類型看磨溪氣田防腐的途徑[J].鉆采工藝，1994，17（4）：81-87.

[4]盧奇敏.石油工業中的腐蝕與防護[M].北京：石油工業出版社，2001.