某油田開發中二氧化碳腐蝕的危害性現狀分析

賀毅 楊興波 張凱翔 楊波

摘要：要想降低油氣田開采中的二氧化碳腐蝕，必須對腐蝕機理以及類型基質影響因素這些進行分析和研究。通過對腐蝕機理調研可以發現，二氧化碳會產生碳酸，進而產生電化學反應，最終造成鋼材腐蝕。在腐蝕種類上有均勻和沖刷以及坑點腐蝕，影響因素較多。現在開發中防腐蝕措施也較多，現在主要對腐蝕的危害以及方式方式進行論述。

關鍵詞：二氧化碳；腐蝕機理；防腐方式

前言：在油田開發中，二氧化碳腐蝕會造成巨大損失同時也會發生災難性后果。二氧化碳還石油和天然氣開發中產生的常見氣體。在溶于水之后對金屬會有加強的腐蝕性，這些對材料造成的破壞可以稱之為二氧化碳腐蝕。這些腐蝕會使得油井壽命大大低于設計壽命，也會使得設備腐蝕失效，現在掌握好腐蝕問題研究現狀以及趨勢，為減少損失提升效益提供借鑒。

1 二氧化碳腐蝕的機理

二氧化碳腐蝕問題一直是人們關注的主要問題。因為在二氧化碳溶 于水之后 PH 值升高，不斷加速管材腐蝕，金屬表面附著的 H2C03中沒有被電離的分子會被還原為 H2分子，在電解質溶液中擴散到金屬表面形成 H2C03。從此也可以看出碳酸造成的腐蝕要明顯比電離要嚴重。

腐蝕學認為，坑腐蝕誘發主要是因為有臺地腐蝕機制以及流動誘導機制等都會造成膜破損。也有人通過腐蝕產物膜生產和發展過程， 提出臺地腐蝕機制：坑蝕最早出現在幾個點，之后發展為一片，小孔腐蝕介質會破壞腐蝕產物膜，從而造成腐蝕。

2 二氧化碳腐蝕中的影響因素

二氧化碳腐蝕是一個復雜的電化學過程，主要影響因素為 PH 值以及二氧化碳分壓、溫度和流速、水量等各種因素。

2.1 PH 值。溶液內 PH 值會影響到 H2C03在水中存在方式，在研究中可以發現 PH﹤4 時，主要存在形式為 H2C03；在 4≤PH≤10 時，主要是以 HC03 的形式出現，在 PH>10 時，存在形式是CO2。同時隨著 PH 值持續增加，H+增加而不斷下降，腐蝕速率也會逐漸降低。隨著 FeCO3 內的溶解度持續下降，更方便 FeCO3 腐蝕膜的形成，這樣也會降低腐蝕速率。

2.2 CO2分壓。CO2分壓是影響腐蝕的主要因素，可以依據防腐蝕協會中的有關標準制定，也可以用來劃分 CO2中對環境的影響。其中Pco2<0.021MPa，處在這個等級的腐蝕屬于中等腐蝕，同時這個等級是一定要重視防腐措施。在Pco2>0.21MPa，便是嚴重腐蝕，這時便要使用防腐蝕管材。

2.3 溫度。高溫會不斷促進電化學反應，也使得腐蝕速度不斷加快，同時 FeCO3沉降速度也會隨著溫度的提升不斷升高，腐蝕產物膜形成速度也會持續提升，從而使得腐蝕速率持續降低。通過實驗也可以發現：T<60℃時，FeCO3便很難在鋼鐵的表面形成保護膜，同時在此階段腐蝕物膜量通常較少同時附著力也較小，很容易發生均勻腐蝕。T=100℃時，便會形成厚同時也較為送散的腐蝕膜，這時便會發生坑蝕以及均勻腐蝕；在 T>150℃時，也會形成緊密、附著力強的膜， 同時腐蝕速率也會不斷降低。

2.4 流速。流速較高是會使得腐蝕介質和金屬接觸的時間增加， 同時也會加快對腐蝕膜的破壞速度，提升腐蝕速率。

2.5 含水量。二氧化碳不管是氣相或者是液相，重要的是水要可以濕潤鋼鐵表面。干燥二氧化碳中鋼鐵腐蝕速度十分低，經過研究發現，當二氧化碳中的水含量不斷增加時碳鋼的腐蝕速度明顯增快，這些也可以說明二氧化碳中的含水量是影響腐蝕的重要因素。

3 二氧化碳防止腐蝕的方式

在國內防止二氧化碳腐蝕的方法主要：使用優質管材，在管壁上涂保護層、加注緩蝕劑等。

3.1 優先使用抗腐蝕管材。在潮濕環境中，含 Gr 材質的不銹鋼有良好的抗腐蝕性能。同時低溫狀態隨著 Gr 含量的提升，抗腐蝕性能也會持續增加；隨著溫度提升，抗腐蝕性能也會出現快速下降的問題。

3.2 在管壁上涂好保護層。使用涂層保護管壁是防腐中經常使用的方式，這種方式經常使用在有較高壓力的油氣井內。國外主要使用酚醛以及改性環氧酚醛樹脂涂料提升抗腐蝕性能，涂層厚度一般能夠達到 0.12～0.2mm。

3.3 增加 PH 值。從分析中可以看出當 6

3.4 加注緩蝕劑。不斷添加緩蝕劑成本低同時適用性強。緩釋及可以分為兩種，一種是有機胺類緩蝕劑另一種為表面活性緩蝕劑。現在對咪唑啉緩釋劑研究較多，同時效果較好，因此是研究的重要方向。

小結

通過對二氧化碳中的腐蝕機理以及防腐因素和方式的研究之后， 要依據經濟合適的原則選用各種防腐方式。雖然緩蝕劑在研究中有所發展和突破，但是總體看依然較為薄弱，需要新的緩蝕劑理論指引其發展。希望通過不斷研究和努力可以研究出經濟使用的防腐蝕方式。

參考文獻：

[1]張大飛，劉成，胡君城，常蕾.移動式氣井壓裂返排液回收處理工藝技術研究及應用[J].油氣田地面工程，2017，36（01）：1-4.