張珂

摘要：我國境內(nèi)的不少油氣井中都含有同一種氣體，即H2S（硫化氫），它在正常情況下是一種無色的氣體，但與水融合后便具有一定的腐蝕性，能夠?qū)τ途械臏y試工具產(chǎn)生一定的腐蝕效果。本文便以氣體H2S為研究對象，謹慎分析了H2S此種氣體在遇水后對測試工具腐蝕的原理，同時還探究了影響H2S腐蝕程度的幾種因素，從而依據(jù)已知信息提出應(yīng)對H2S氣體對井下測試工具的腐蝕的有效對策。

關(guān)鍵詞：H2S氣體 測試工具 腐蝕原理 有效對策

從簡單的化學(xué)層面分析來看，H2S（硫化氫）氣體是一種無機化合物，于正常情況下是一種無色氣體，濃度較低時常常挾有一種類似臭雞蛋的氣味，濃度高時氣味反而消失。此種氣體的化學(xué)性質(zhì)不夠穩(wěn)定，具有易燃的特性，與水相溶之后會呈現(xiàn)出一定的腐蝕性，對于人體有著較大的危害，人吸食后嚴重的話可能會在短時間內(nèi)直接死亡，可見其危害性較大。這種氣體在石油氣井中存在較多，一般含量處于0.1%以下，不乏有某些地區(qū)氣井中的含量較高，此處就不一一舉例說明。雖說H2S氣體在油氣井中廣泛存在，但是它對于測試施工卻具有一定的阻礙性，常常會嚴重腐蝕測試工具甚至造成工具斷裂，無疑成了測試工作的一大阻礙因素。

1 H2S氣體腐蝕井下測試工具的原理分析

H2S氣體之所以會對井下測試工具產(chǎn)生腐蝕，其中最為關(guān)鍵的原因就是H2S氣體和水溶解后呈現(xiàn)弱酸性，進而具備了腐蝕特性，那么油氣井中怎么會含有水分呢？通常情況下，壓井液中或多或少都具有一些水分，液化之后形成可以流動的水，為H2S氣體提供了溶解環(huán)境。據(jù)筆者研究發(fā)現(xiàn)，H2S氣體腐蝕井下測試工具主要有以下兩種形式：

1.1 化學(xué)腐蝕

測試工具一般都由金屬組成，或是合成金屬、或是純種金屬，其中難免會存在一些鐵離子，這正為H2S 與水融合后的物質(zhì)提供了化學(xué)反應(yīng)對象，從而產(chǎn)生了如下電化學(xué)反應(yīng)：

xFe+yH2S=FeXSy+yH2

值得注意的是，反應(yīng)之后生成的FeXSy是一種十分蓬松的物質(zhì)，使得測試工具的表面凹凸不平，強度有所降低。然而，也正是測試工具這一外在表現(xiàn)，給二氧化碳和氯離子提供了機會，直接加重了電化學(xué)腐蝕的速率，最終導(dǎo)致測試工具發(fā)生穿孔、斷裂等現(xiàn)象。從某種層面上來講，這個腐蝕過程是漸變且逐步加重的，這也間接表明這種電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的力量并不小。

1.2 應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕又可以稱為氫脆，這種腐蝕現(xiàn)象甚至不牽扯H2S氣體的水溶，而是氣體中的氫以原子的狀態(tài)向測試工具金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部逐漸滋蔓，雖說沒有直接與金屬離子發(fā)生真正的化學(xué)反應(yīng)，但是在不斷地蔓延過程中卻也已經(jīng)改變了測試工具的金屬內(nèi)部構(gòu)造，無形中降低了金屬合成物的韌性，金屬變脆以后小小的外力便會導(dǎo)致其斷裂?，F(xiàn)如今，關(guān)于此種腐蝕原理，已經(jīng)被公認的即為氫壓理論，其具有一定的說服性。

2 影響H2S腐蝕程度的幾種因素

影響H2S腐蝕程度的因素種類較多，但細致歸結(jié)以后便可以分為兩大類，即材料因素和環(huán)境因素，現(xiàn)筆者就針對兩大類因素做以敘述：

2.1 材料因素

材料主要指的就是構(gòu)成測試工具的材料，測試工具中的一些合金元素可能會影響H2S的腐蝕程度。一般來說，制造測試工具一般都會選擇“鋼”這種優(yōu)質(zhì)材料，但鋼是一種合成金屬，它囊括了多種金屬元素，諸如鋁、銅、鈣、鈦、硼等提高“鋼”耐腐蝕特性的元素，也有一些諸如硫、錳、氮、磷、鎳等加速鋼腐蝕的元素。有時碳、銫等金屬元素也會加快鋼的腐蝕進程，進而造成了測試工具腐蝕嚴重的問題。

2.2 環(huán)境因素

2.2.1 H2S自身濃度

H2S 氣體自身的濃度直接關(guān)系到測試工具的腐蝕程度。一般來說，其他條件相一致的情況下， H2S的濃度越大，那么對測試工具的腐蝕程度也就越深，氫脆的敏感性也會隨之增強，當(dāng)然如果構(gòu)造測試工具的金屬鋼的成分越多，即使H2S的濃度較低，那么也會產(chǎn)生嚴重的腐蝕情況。由于H2S的質(zhì)量濃度過大催進了陰極反應(yīng)的進行，于是H2S在測試工具的金屬表層形成了一種硫化物薄膜，薄膜導(dǎo)致測試工具自身的腐蝕電位增強，于是表現(xiàn)出不斷增強、不斷腐蝕的節(jié)奏，最終導(dǎo)致整個測試工具的金屬構(gòu)造部位消失不見。

2.2.2 氣井內(nèi)的溫度

溫度也是影響H2S腐蝕程度的關(guān)鍵要素之一，不同溫度會致使整個腐蝕反應(yīng)的速率產(chǎn)生變化，所以溫度能夠影響整個測試工具被腐蝕的速度。H2S和一般化學(xué)物質(zhì)一樣，外界溫度愈高，它的腐蝕特性表現(xiàn)的就愈加明顯，所以適當(dāng)?shù)募訌姎饩畠?nèi)的溫度，便也就加快了測試工具的被腐蝕速率。但是也有一些人認為，溫度對H2S的腐蝕速率的影響具有相互性，溫度也會隨著H2S的腐蝕速率加快而不斷提升，也正是這樣的相互作用特性使得測試工具在一定范疇內(nèi)會達到前所未有的腐蝕速率。

2.2.3 外界的pH值

處于不同的酸堿條件下，H2S氣體與水溶合后分離出來的硫化氫離子和硫離子的分量也是完全不同的。就整個測試工具的腐蝕過程來說，整個硫化氫溶液中各種有害離子的含量越高，那么腐蝕的速率也將加快，經(jīng)多組數(shù)據(jù)的研究發(fā)現(xiàn)，外界環(huán)境的pH值越低，那么溶液的酸性也就越強，腐蝕的程度也就較深，但這個衡量標準并非完全正確，難免有時會有些偏差，但整體方向是正確的。

2.2.4 H2S流速原由

此處的流速指的是H2S 氣體的流速以及其與水溶后的溶液流速，據(jù)相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，H2S 氣體流速或溶液流速如果處于較慢的狀態(tài)，那么對測試工具的腐蝕程度是比較低的，但如果其流速較大的話，自然對測試工具的腐蝕程度也就越深。究其原因，主要是因為H2S 氣體流速或溶液流速較快時，便加快了離子之間的交換速率，金屬表層來不及形成抑制腐蝕的保護層，即使形成保護層也十分容易脫落，于是增強了測試工具的腐蝕速率。

3 應(yīng)對H2S氣體對井下測試工具的腐蝕的有效對策

根據(jù)以上敘述所得，可以歸結(jié)出以下幾條行之有效應(yīng)對H2S氣體對井下測試工具的腐蝕的對策：

3.1 選擇測試工具時，避免選擇高強度鋼所制造的工具，適當(dāng)選擇硬度較低的低強鋼，這對于減緩H2S的腐蝕速率有一定的優(yōu)勢。

3.2 盡量避免使用焊接而成的物件，切實從根本上降低腐蝕速率；如果必須要用的話，那么也應(yīng)該采取特殊的工藝對焊接處進行必要的處理，盡量調(diào)節(jié)焊接處的質(zhì)地，謹防被嚴重腐蝕。

3.3 合理控制氣井下面的溫度，如果井下溫度太過于高的話，要么就停止測試工作，要么給測試工具表層進行噴漆防護，竭力降低測試工具的腐蝕程度。

3.4 在進行必要的測試時，可以選擇在壓井液中加入一些減緩腐蝕的試劑，保護井下的壓力平衡度，同時盡量杜絕大量的H2S入侵氣井內(nèi)，做好H2S氣體的防護工作。

3.5 除了以上四條內(nèi)容以外，還應(yīng)格外重視外界環(huán)境中的pH值，一旦有大量的H2S氣體入侵氣井，此時應(yīng)保持清醒的頭腦，針對H2S呈現(xiàn)酸性的特質(zhì)，采用化學(xué)方式除去硫的辦法，并在除硫的過程中適當(dāng)加入一些堿性物質(zhì)，調(diào)和環(huán)境中的pH值，竭力降低H2S氣體的濃度，直至減緩測試工具的腐蝕進程。

參考文獻：

[1]熊穎，陳大鈞，王君，張啟根.油氣開采中H2S腐蝕的影響因素研究[J].石油化工腐蝕與防護，2007（06）.

[2]具海嘯，白建平.X7-30區(qū)塊套損的成因分析及預(yù)防[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2007（04）.

[3]湯倩倩，黃金營，付朝陽.中原油田油井結(jié)垢分析與預(yù)測[J]. 油氣儲運，2014（03）.

[4]李琪，張虎平，羅曉莉.H2S和CO2對油田壓力容器的腐蝕[J]. 科技風(fēng)，2011（18）.

[5]楊理踐，胡春陽，劉博，高松巍.稠油熱采中隔熱油管的漏磁檢測方法[J].油氣儲運，2015（06）.

[6]侯鐸，曾德智，陳玉祥，施太和，張智.H2S，CO2酸性環(huán)境中110ksi鋼P110，C110套管的應(yīng)力腐蝕速率[J].材料保護，2014（10）.