油田J55鋼材腐蝕速率影響因素探討

張福全

（東北石油大學機械與工程學院 163318）

0 引言

油田J55油套管油套管是當前油田使用最為廣泛的鋼材之一，隨著油田含水越來越高，引起了一系列的連鎖反應：溶解其中的礦物質和離子含量、溶解氧、細菌也隨之增加，對油套管的使用年限構成了嚴重威脅，腐蝕成為影響油田生產系統安全性的關鍵因素，是造成井下設備故障頻發的主要原因[1-2]，已成為油氣田安全生產及經濟運營的重要隱患，對油氣田的健康發展和人民生命財產的安全產生了重大的負面影響[3]。因此開展鋼材腐蝕機理研究迫在眉睫。

本文采取大慶油田采油二廠采出液，模擬J55鋼所處的地下環境，探討了J55鋼材的腐蝕的影響因素以及這些因素是如何對J55鋼材產生腐蝕作用的機理。重點考察了著重考察了反應時間、PH值、HCO3-、SO42-的含量等因素，目的是發現規律性，為以后措施提供理論依據。J55鋼材的化學成分如表1所示。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

大慶油田采油二廠產出液，處理過的J55金屬掛片，廣口瓶，溫控裝置水浴鍋，電子天平。

1.2 實驗步驟

在事先準備好的8個清潔廣口瓶中分別注入1000 ml大慶油田采油二廠產出液，在每個光口瓶中放入3個磨好的J55金屬掛片，分8組實驗進行腐蝕影響因素研究。將密封好的廣口瓶放入恒溫水浴鍋中，保持溫度為60℃，每12h取出掛片稱重，根據失重情況計算腐蝕速率。

腐蝕速率公式為[4]：

其中 ：V——腐蝕速率，g/（m2·h）；

W0——金屬掛片的初始質量，g；

Wt——金屬掛片腐蝕后清除腐蝕物后的質量g；

A——金屬掛片的表面積，m2；

T——腐蝕實驗的時間，h。

1.3 影響因素測定

（1）J55鋼材腐蝕速率和反應時間之間的關系

連接好裝置，調整電機轉速在150r/min，保持其它條件不變，在恒溫60℃下持續反應不同的時間，每隔12h取出掛片，用電子天平稱量重量，計算J55鋼材腐蝕速率，得出J55鋼材腐蝕速率與腐蝕時間之間的關系。

表1 J55鋼材的化學成分（W%）

（2）J55鋼材腐蝕速率和PH值之間的關系

連接好裝置，調整電機轉速在150r/min，保持其它條件不變，調節溶液PH值，在恒溫60℃、不同PH值狀態下反應，每隔12h取出掛片，用電子天平稱量重量，計算J55鋼材腐蝕速率，得出J55鋼材腐蝕速率與PH值之間的關系。

（3）J55鋼材腐蝕速率和HCO3-含量之間的關系

連接好裝置，調整電機轉速在150r/min，保持其它條件不變，在恒溫60℃、不同HCO3-含量下反應，每隔12h取出掛片，用電子天平稱量重量，計算J55鋼材腐蝕速率，得出J55鋼材腐蝕速率與HCO3-含量之間的關系。

（4）J55鋼材腐蝕速率和SO42-含量之間的關系

連接好裝置，調整電機轉速在150r/min，保持其它條件不變，在恒溫60℃、不同SO42-含量下反應，每隔12h取出掛片，用電子天平稱量重量，計算J55鋼材腐蝕速率，得出J55鋼材腐蝕速率與SO42-含量之間的關系。

2 結果與討論

2.1 J55鋼材腐蝕速率和反應時間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，J55鋼腐蝕速率變化規律，得出反應時間和J55鋼腐蝕速率關系曲線圖，如圖1所示。

圖1 腐蝕時間和J55鋼腐蝕速率的關系曲線

從圖1可知，在較短的反應時間內，腐蝕速率相對較高，當反應一段時間后，腐蝕速率呈現下降的趨勢，在大約60h后，腐蝕速率基本穩定，隨著時間的延長，變化不大。原因在于反應時間短時，掛片上相對比較光滑清潔，無覆蓋物，所示反應速率快，當反應時間較長時，掛片上吸附物和覆蓋物增加，影響了反應速度，直到達到反應平衡。

2.2 J55鋼材腐蝕速率和PH值之間關系的實驗結果

按上述實驗步驟測定了在不同PH值下，J55鋼腐蝕速率變化規律，得出PH值和J55鋼腐蝕速率關系曲線圖，如圖2所示。

圖2 PH值和和J55鋼腐蝕速率的關系曲線

從圖2可知，當PH值較小，系統處于酸性環境中時，J55鋼腐蝕速率較高，PH值越小，腐蝕速率越大，腐蝕現象越嚴重。隨著PH值增大，鋼材所處環境處于堿性介質中時，腐蝕速度放慢，腐蝕現象不明顯，處在一個較低的水平。原因在于堿性環境中金屬表面容易結垢，覆蓋在金屬掛片表面，阻止了反應的進行。這就是為了減少腐蝕性，提高體系PH值的理論依據。

2.3 J55鋼材腐蝕速率和HCO3-含量之間關系的實驗結果

按上述實驗步驟測定了在不同HCO3-含量下，J55鋼腐蝕速率變化規律，得出HCO3-含量和J55鋼腐蝕速率關系曲線圖，如圖3所示。

圖3 HCO3-含量和J55鋼腐蝕速率的關系曲線

圖4 含量和J55鋼腐蝕速率的關系曲線

從圖3可知，J55鋼腐蝕速率和HCO3-含量的關系呈現一個類似拋物線形狀，在一定范圍內腐蝕速率隨著HCO3-含量的增HCO3-含量低時，能加速鋼材的陰極反應過程，使得腐蝕速率增大；當含量增大時，HCO3-可以吸附在金屬表面形成一層膜，阻止了反應的進行，因而腐蝕速率降低，當降低到最低點時，繼續增加HCO3-的含量，由于超過了飽和吸附的量因此使得腐蝕速率又開始上升。

2.4 J55鋼材腐蝕速率和含量之間關系的實驗結果

3 結論

（1）針對腐蝕速率加快的現象，選擇常用的J55鋼材進行研究，用腐蝕速率作標準，探討了腐蝕機理。

（2）采用單因素分析法，從腐蝕時間、PH值、HCO3-含量、SO42-含量等因素考查對腐蝕速率的影響程度，尋找影響腐蝕速率的規律。

（3）以上研究結果可以為油田生產系統鋼材的選擇和防腐提供一定的理論依據。

[1]張世君.油田水處理控制技術[M].北京：中國石化出版社，2003.

[2]李鶴林.油田腐蝕類型、特點和幾個重要研究領域[M].北京：化學工業出版社，1999.

[3]韓文安，鄒峰.某采油廠管線腐蝕原因調查及電化學研究[J].腐蝕科學與防護技術，1991，3（3）：29-33.

[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.