連續(xù)油管腐蝕原因分析

楊麗華，宋立欣，夏福松

（東營市中石大石油石化檢測評價中心，山東東營 257061）

連續(xù)油管腐蝕原因分析

楊麗華，宋立欣，夏福松

（東營市中石大石油石化檢測評價中心，山東東營 257061）

連續(xù)油管置于空氣中一段時間，內(nèi)部表層會出現(xiàn)生銹、腐蝕等現(xiàn)象，不僅影響連續(xù)油管的正常使用，而且降低了其使用壽命。因此，研究連續(xù)油管的腐蝕原因，采取針對性的措施以有效防腐。

金屬；油管；腐蝕

1 金屬腐蝕機(jī)理及原因

機(jī)理：金屬材料跟周圍介質(zhì)如氣體或液體發(fā)生相互作用而損壞的過程。由于與金屬材料發(fā)生接觸的介質(zhì)不同，腐蝕的途徑也不同，一般通過化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕兩種途徑進(jìn)行，兩種腐蝕一般同時產(chǎn)生，但電化學(xué)腐蝕更普遍。

1）金屬材料的化學(xué)腐蝕機(jī)理：金屬材料表面與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。這類腐蝕反應(yīng)簡單，多為氧化還原反應(yīng)。例如金屬板表面（鐵）被酸腐蝕。

2）金屬材料的電化學(xué)腐蝕機(jī)理：金屬材料與導(dǎo)電的液態(tài)介質(zhì)接觸產(chǎn)生的腐蝕，過程中會產(chǎn)生電流。電化學(xué)腐蝕又分為析氫腐蝕、吸氧腐蝕兩種。一般情況同時存在，后者更普遍。

1.1 析氫腐蝕與吸氧腐蝕的“三不同”

（1）條件不同：酸性較強(qiáng)時發(fā)生析氫腐蝕，否則為吸氧腐蝕。

（2）正極反應(yīng)不同：2H++2e-=H2（析氫）

（3）電池反應(yīng)不同

1.2 析氫腐蝕與吸氧腐蝕的“三同”

（1）負(fù)極相同：均為Fe，電極反應(yīng)：Fe-2e-=Fe2+。

（2）正極材料相同：均為碳。

（3）最終產(chǎn)物相同：最終都形成鐵銹，主要成分為Fe2O3·nH2O。

雖然CO2普遍存在，但一般情況下，鋼鐵表面的水膜酸性很弱或呈中性且溶有一定量的O2，故鋼鐵腐蝕以吸氧腐蝕為主。

1.3 金屬腐蝕原因

（1）金屬材料表面有其他金屬粉塵或顆粒的附著物存在，因空氣潮濕，顆粒的附著物與金屬材料的冷凝水，形成一個微電池，產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，造成電化學(xué)腐蝕。

（2）金屬表面黏附有機(jī)物汁液，在水氧存在的情況下，構(gòu)成有機(jī)酸，長時間有機(jī)酸會對金屬表面產(chǎn)生破壞性的腐蝕。

（3）金屬表面黏附含有酸、堿、鹽類物質(zhì)（如裝修材料的堿水、石灰水等噴濺），造成損壞，多為局部腐蝕。

（4）金屬材料在有污染的空氣中（如二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物存在等），遇水會形成酸性液滴，造成化學(xué)腐蝕。

綜上所述，金屬油管內(nèi)部腐蝕主要是由于金屬與空氣、水分和其他雜質(zhì)接觸，通過化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕對連續(xù)油管內(nèi)壁產(chǎn)生了腐蝕。

2 連續(xù)油管腐蝕原因探討

2.1 連續(xù)油管工作環(huán)境

圖1 連續(xù)油管作業(yè)裝置

進(jìn)行油水井作業(yè)時，連續(xù)油管將被下入油水井中，作業(yè)完畢起出連續(xù)油管，放置空氣中等待下一次油水井作業(yè)。連續(xù)油管在井筒中接觸了原油、污水；在地面接觸潮濕的海邊空氣、接觸了空氣中的粉塵雜質(zhì)等。

2.2 連續(xù)油管腐蝕原因?qū)嶒?yàn)

（1）收集腐蝕的連續(xù)油管，利用光電子能譜XPS分析出腐蝕產(chǎn)物的類型，結(jié)合腐蝕產(chǎn)物的類型，分析出連續(xù)油管在空氣中的腐蝕機(jī)理。通過XPS圖得出，連續(xù)油管帶有腐蝕產(chǎn)物膜層含有Fe、S、O、C、Na元素。

（2）結(jié)合在鉆井、測井、完井、修井過程中與連續(xù)油管接觸工作液類型，利用掃描電鏡（SEM）對腐蝕形態(tài)進(jìn)行研究。連續(xù)油管表面主要是局部腐蝕，尤其是點(diǎn)蝕。

2.3 連續(xù)油管腐蝕生銹原因

（1）鹽腐蝕：首先污水具有高礦化度特點(diǎn)、海邊空氣也含鹽，這就形成了鹽腐蝕。

圖2 鹽腐蝕圖示

將NaCl液滴滴在一塊潔凈的鐵板上，經(jīng)過一段時間會發(fā)現(xiàn)NaCl液滴覆蓋的中心區(qū)域（a）因腐蝕而變暗，在液滴外沿產(chǎn)生棕色環(huán)（b）。導(dǎo)致圖示現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是發(fā)生了吸氧腐蝕，負(fù)極反應(yīng)為：Fe-2e-=Fe2+（發(fā)生氧化反應(yīng)），正極反應(yīng)為：O2+2H2O+4e-=4OH-（發(fā)生還原反應(yīng)），在液滴外沿，由于 Fe2++2OH-=Fe（OH）2，4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3。

形成了棕色Fe（OH）3鐵銹環(huán)（b）。

（2）氧腐蝕：由于空氣富含氧和水分，所以油管不可避免遭受氧腐蝕。

空氣中雖然CO2普遍存在，但一般情況下，鋼鐵表面的水膜酸性很弱或呈中性且溶有一定量的O2，故鋼鐵腐蝕以吸氧腐蝕為主。

鐵銹的生成反應(yīng)式：

（3）離子腐蝕：由于原油污水中含有大量硫、金屬陽離子、陰離子（如氯離子、硫酸根離子、碳酸根離子等），灰塵或異類金屬顆粒也會附著在潮濕的空氣分子中，這就不可避免產(chǎn)生復(fù)雜的化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

（4）酸堿腐蝕：由于原油中富含酸堿介質(zhì)、空氣污染（如二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物存在等）遇冷凝水會形成硫酸、硝酸或醋酸等酸性液點(diǎn)，造成化學(xué)腐蝕。

[1] 朱小平.連續(xù)油管在彎曲和內(nèi)壓共同作用下的疲勞壽命分析[J].鉆采工藝，2004，（4）.

[2] 王優(yōu)強(qiáng)，方愛國.連續(xù)油管的失效形式與原因概述[J].石油礦場機(jī)械，1999，（4）.

[3] 張嗣偉.連續(xù)油管疲勞壽命預(yù)測模型的建立[J].青島建筑工程學(xué)院學(xué)報，2001，（1）.

Analysis of Corrosion Cause of Coiled Tubes

Yang Li-hua，Song Li-xin，Xia Fu-song

Coiled tubing is placed in the air for a period of time，the internal surface will appear rust，corrosion and so on，not only affect the normal use of coiled tubing，but also reduces its service life.Study the causes of corrosion of coiled tubing，take targeted measures to effectively prevent corrosion.

metal；tubing；corrosion

TE988.2

A

1003-6490（2017）12-0129-02

2017-10-15

楊麗華（1984—），女，山東東營人，工程師，主要研究方向?yàn)榛瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)。