陰極保護(hù)技術(shù)在延長(zhǎng)油田陜北地區(qū)注水鋼管線內(nèi)部防腐蝕作用研究

胡凱

（西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065）

（陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)管道運(yùn)輸公司第五分公司西安輸油末站，陜西 西安 710600）

陰極保護(hù)技術(shù)在延長(zhǎng)油田陜北地區(qū)注水鋼管線內(nèi)部防腐蝕作用研究

胡凱

（西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065）

（陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)管道運(yùn)輸公司第五分公司西安輸油末站，陜西 西安 710600）

延長(zhǎng)油田股份有限公司截至目前已經(jīng)鉆3500口井，建成油廠23個(gè)，注水站309座，注水井2302口，注水管線總長(zhǎng)度為400多千米，通過(guò)注水充分地補(bǔ)充了地層自身能量，提高了原油產(chǎn)量及采收率，為當(dāng)?shù)卦偷恼Ｉa(chǎn)做出了極大的貢獻(xiàn)。根據(jù)近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，延長(zhǎng)油田陜北地區(qū)的水質(zhì)普遍呈現(xiàn)礦化度高，ph值偏堿性，油田注水管線的腐蝕狀況極為嚴(yán)重。針對(duì)延長(zhǎng)油田陜北地區(qū)注水鋼管線內(nèi)部腐蝕的問(wèn)題，認(rèn)識(shí)腐蝕發(fā)生的原因，并有針對(duì)性的進(jìn)行治理，進(jìn)行了此次研究。

注水剛管線；陜北地區(qū)；腐蝕機(jī)理；研究

延長(zhǎng)油田屬于中國(guó)第四大石油公司，注水可以充分的補(bǔ)充地層自身能量，提高原油產(chǎn)量及其采收率，為原油的正常生產(chǎn)作出極大的貢獻(xiàn)，鋼管線內(nèi)部腐蝕問(wèn)題嚴(yán)重影響了注水管道系統(tǒng)安全性及其使用壽命的最關(guān)鍵的因素之一。延長(zhǎng)油田陜北地區(qū)注水管道在投產(chǎn)兩年之內(nèi)發(fā)生腐蝕穿孔的情況非常的普遍，繼而造成水資源的泄露損失，以及由維修帶來(lái)的財(cái)力、物人力上的損失，同時(shí)因腐蝕問(wèn)題會(huì)引起各種的安全隱患。

1 陜北地區(qū)水質(zhì)特點(diǎn)

陜北地區(qū)中生代陸相盆地內(nèi)分布較穩(wěn)定的孔隙裂隙層間水。該盆地由東向西依次出露三疊系、侏羅系和白堊系，構(gòu)成一個(gè)向西緩傾的自流水斜地。地下水賦存于砂頁(yè)巖裂隙、孔隙中，具多層含水結(jié)構(gòu)，一般來(lái)說(shuō)，富水性較弱甚至貧水。有開(kāi)采意義的含水層是延安到南泥灣一帶侏羅系中統(tǒng)延安組寶塔山段中粗粒厚層砂巖和榆林、橫山、志丹、旬邑以西地區(qū)的白堊系下統(tǒng)志丹群洛河組大交錯(cuò)層理的中粗粒砂巖。碎屑巖類孔隙裂隙水水化學(xué)特征較復(fù)雜，總的說(shuō)，在排泄基準(zhǔn)面以下、150米深度以上的強(qiáng)循環(huán)帶內(nèi)，水質(zhì)良好，為重碳酸型水，礦化度一般小于0.5克／升，局部河谷區(qū)出現(xiàn)氯化物硫酸型、礦化度5—30克／升的高礦化水，150米以下的弱循環(huán)帶水質(zhì)差。在神木一帶侏羅紀(jì)煤系地層中還分布有油田型水，硫酸根離子含量很低（2.2毫克當(dāng)量%），為還原環(huán)境，礦化度高達(dá)80.38克／升，且含有較高的氟、溴、碘組分。

2 鋼管線的特點(diǎn)及防腐蝕的重要意義

自然界當(dāng)中，大多數(shù)金屬是以化合狀態(tài)存在的。通過(guò)煉制，被賦予能量，才從離子狀態(tài)轉(zhuǎn)變成原子狀態(tài)。然而，回歸自然狀態(tài)是金屬固有本性。我們把金屬與周圍的電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)、從原子變成離子的過(guò)程稱為腐蝕。金屬材料的腐蝕現(xiàn)象廣泛的存在于工業(yè)的生產(chǎn)、運(yùn)輸、貯存和使用的過(guò)程以及生產(chǎn)和生活等幾乎所有領(lǐng)域，尤其是油田生產(chǎn)和石油化工等領(lǐng)域，問(wèn)題更為突出。鋼材料的腐蝕所造成的損失是巨大的，直接損失是造成鋼材料的大量損耗，從而造成經(jīng)濟(jì)損失。

鋼管線內(nèi)壁與輸送介質(zhì)直接接觸，且很多輸送介質(zhì)中包含有很多的腐蝕性雜質(zhì)，如高礦化度的水，溶解氧，二氧化碳，硫化氫，硫酸鹽還原菌和氯離子等，在溫度，壓力，流速和交變應(yīng)力等因素的復(fù)合作用下，會(huì)使管線內(nèi)壁腐蝕家中。并且，鋼管線內(nèi)壁腐蝕比管外腐蝕的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)要高。

3 鋼管線腐蝕的內(nèi)外因

3.1 鋼管線的應(yīng)力腐蝕行為

應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是管線鋼在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下產(chǎn)生的一種破壞形式，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)硫化物的應(yīng)力腐蝕行為作出了大量的研究。

3.2 溶解氧造成的管道內(nèi)腐蝕

一些間歇注水井或者注水管線，在注入的水質(zhì)中溶解有大量的氧，從而使得管線輸送介質(zhì)內(nèi)部含有大量溶解的活性氧，在這種情況下，管線將產(chǎn)生溶解氧腐蝕或氧濃差腐蝕。一般注入水喝掃線用水的溶解氧含量都比較高，所以進(jìn)入管線后容易造成管線的加速腐蝕。

3.3 含硫或硫化物環(huán)境下管線鋼的腐蝕行為

有學(xué)者研究認(rèn)為，當(dāng)溶液中含硫或者硫化物的量越大時(shí)，管線鋼容易遭受腐蝕的可能性越大。鋼管線在含硫量不同的環(huán)境中，具有不同的腐蝕規(guī)律。

3.4 二氧化碳對(duì)油氣管線鋼內(nèi)腐蝕行為的影響

二氧化碳腐蝕是由于管線鋼表面腐蝕產(chǎn)物碳酸鐵和結(jié)垢產(chǎn)物碳酸鈣形成的產(chǎn)物膜，與管線鋼的材料之間形成了電偶腐蝕，進(jìn)而形成了環(huán)狀腐蝕或者點(diǎn)蝕。鋼管線二氧化碳腐蝕的影響因素包括二氧化碳的分壓、介質(zhì)的溫度、腐蝕介質(zhì)的流相、酸堿度等。油管內(nèi)的二氧化碳腐蝕機(jī)理比較復(fù)雜，在不同流相下表現(xiàn)出不同的腐蝕機(jī)理和放映特點(diǎn)。單向流，出現(xiàn)-溶解-物質(zhì)傳遞-電化學(xué)反應(yīng)四個(gè)過(guò)程。

多相流中的多相流擴(kuò)散過(guò)程為控制反應(yīng)的主要步驟。

3.5 二氧化碳和硫化物共同條件下的腐蝕作用

當(dāng)前，二氧化碳和硫化物二者單獨(dú)作用下的內(nèi)腐蝕與防范技術(shù)研究比較多。有大部分的學(xué)者認(rèn)為，硫化氫分壓較小時(shí)，以二氧化碳的腐蝕為主，腐蝕速率與碳酸鐵膜的保護(hù)性有關(guān)系，與硫化氫基本無(wú)關(guān)，硫化氫分壓較大時(shí)，以硫化氫為主，金屬表面優(yōu)先生成硫化鐵，阻礙了碳酸鐵膜的生成，材料的腐蝕最終由碳酸鐵膜和硫化鐵膜的溫度性來(lái)決定。

4 延長(zhǎng)油田陜北地區(qū)注水鋼管線的腐蝕機(jī)理

根據(jù)相關(guān)學(xué)者的研究，延長(zhǎng)陜北地區(qū)管線鋼的腐蝕機(jī)理可總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

（1）延長(zhǎng)油田陜北地區(qū)注水管線在鈣離子和碳酸氫根例子含量較高的高礦化度水作用下，產(chǎn)生了內(nèi)腐蝕，餅子額在通過(guò)X射線能譜分析可以知道內(nèi)腐蝕的腐蝕產(chǎn)物主要是碳酸鐵和三氧化二鐵，腐蝕產(chǎn)物中含有大量的垢樣，結(jié)垢的主要成分為碳酸鈣。這主要是這個(gè)地區(qū)的水質(zhì)呈弱堿性。

（2）延長(zhǎng)油田陜北地區(qū)的注水管線剛腐蝕后形貌誠(chéng)信啊斷面中間有一單層與斷面其他部分有差異，形成臺(tái)階狀。腐蝕產(chǎn)物的電鏡掃描結(jié)構(gòu)表明，腐蝕產(chǎn)物結(jié)構(gòu)分布較緊密，表面有部分孔隙，主要是由二氧化碳和鹽類綜合作用結(jié)果。

5 陰極保護(hù)技術(shù)對(duì)注水鋼管線的防腐作用

延長(zhǎng)油田陜北地區(qū)注水管線鋼腐蝕工作可以有以下幾個(gè)方法來(lái)治理。可以采用合適的內(nèi)涂法、控制運(yùn)行參數(shù)法、加入緩蝕劑法（注入方式分為連續(xù)式和間歇式）、采用陰極保護(hù)技術(shù)和做好在線監(jiān)測(cè)和檢測(cè)的方法。本節(jié)將以陰極保護(hù)法為主要措施來(lái)對(duì)延長(zhǎng)油田陜北地區(qū)注水鋼管線的防腐。

外加電源陰極保護(hù)模式圖

陰極保護(hù)技術(shù)是一種用于防止金屬在電解質(zhì)(海水、淡水及土壤介質(zhì))中腐她的電化學(xué)保護(hù)技術(shù)，該技術(shù)是使金屬構(gòu)件作為陰極，對(duì)其施加一定的直流電流，使其產(chǎn)生陰極極化，當(dāng)金屬的電位負(fù)于某一電位值時(shí)，在金屬表面的通過(guò)陰極極化來(lái)消除該金屬表面的電化學(xué)不均勻性，達(dá)到保護(hù)金屬構(gòu)件的目的。陰極保護(hù)是一種經(jīng)濟(jì)而有效的防護(hù)措施，其應(yīng)用已有一百多年歷史，使用范圍日益廣泛。陰極保護(hù)對(duì)地下管道的防腐起著非常重要的作用。特別是當(dāng)管道的防腐層或內(nèi)涂層出現(xiàn)小的缺陷，陰極保護(hù)電流可使管道免遭腐燭。陰極保護(hù)電流在阻止有防護(hù)層缺陷的管道發(fā)生腐燭時(shí)，所需保護(hù)電流的大小與防腐層缺陷的嚴(yán)重程度有關(guān)，缺陷越大越嚴(yán)重所需要的保護(hù)電流也就越大。當(dāng)防腐層缺陷很嚴(yán)重時(shí)，雖然有陰極保護(hù)系統(tǒng)，但破損點(diǎn)局部保護(hù)電流極化電位達(dá)不到最低保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，缺陷處管道還是會(huì)發(fā)生腐燭。在陰極保護(hù)中，判斷金屬構(gòu)筑物是否達(dá)到完全保護(hù)，要借助參比電極測(cè)量金屬的保護(hù)電位。

6 結(jié)語(yǔ)

本文提出了適合于延長(zhǎng)油田注水管線的內(nèi)防腐燭措施，即采用合適的內(nèi)涂層；控制水質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)如pH值、運(yùn)行溫度、流動(dòng)速度等；采用加入緩燭劑，并注意最佳用量；釆用陰極保護(hù)技術(shù)、控制好陰極保護(hù)的運(yùn)行參數(shù)；做好在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，監(jiān)測(cè)管線內(nèi)腐燭的趨勢(shì)，進(jìn)而做好提前預(yù)防。內(nèi)腐蝕的重點(diǎn)工作在于防護(hù)，所以，應(yīng)當(dāng)在之后的工作中加強(qiáng)檢測(cè)管道、設(shè)備的腐蝕情況，換應(yīng)該對(duì)不同環(huán)境做變化處理，以便及時(shí)的進(jìn)行防腐。

[1]崔之健,史秀敏,李又綠等.油氣儲(chǔ)運(yùn)設(shè)施腐蝕與防護(hù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,2009.8.