趙培琪

（西安石油大學(xué)，陜西 西安 710065）

油田建設(shè)對(duì)油井管的需求量巨大，涉及石油的開(kāi)采與運(yùn)輸。鉆桿、鉆鋌、套管和油管等都屬于油井管[1]。油井管在油田中應(yīng)用廣泛，如果管材腐蝕程度嚴(yán)重，可能會(huì)造成斷裂等后果，影響油田生產(chǎn)的整體經(jīng)濟(jì)效益，所以油井管能否正常服役很大程度上影響著油田的生產(chǎn)能否正常運(yùn)行。

油井管的腐蝕形式復(fù)雜多樣，硫化氫腐蝕是其中常見(jiàn)的一種腐蝕。目前，人們普遍認(rèn)為濕硫化氫腐蝕導(dǎo)致管道及設(shè)備破裂的缺陷能大大降低設(shè)備的使用壽命[2]。為了避免發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕事故，進(jìn)一步研究影響油井管硫化氫腐蝕的因素是十分必要的。

1 影響因素

油井管硫化氫腐蝕是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，受多種因素的交互影響，失效方式也有很多，以下將討論硫化氫分壓、介質(zhì)溫度、pH 值、介質(zhì)流速、氯離子濃度等因素對(duì)油井管硫化氫腐蝕的影響。

1.1 硫化氫分壓

當(dāng)硫化氫分壓極低和極高時(shí)，腐蝕速率相對(duì)較低，腐蝕相對(duì)均勻，并且局部會(huì)出現(xiàn)腐蝕點(diǎn)；當(dāng)硫化氫分壓處于中間范圍時(shí)，有局部腐蝕的特征，產(chǎn)物膜附著力低，會(huì)出現(xiàn)大片產(chǎn)物膜脫落的現(xiàn)象。由于腐蝕產(chǎn)物膜的影響，腐蝕速率會(huì)有一個(gè)峰值。硫化氫氣體在水中的溶解度與溫度呈負(fù)相關(guān)，隨著硫化氫分壓的增加，溶液pH 值降低，腐蝕速率增加，表面腐蝕產(chǎn)物膜中的硫化亞鐵比例也相應(yīng)增加。 硫化氫的作用使得試樣表面優(yōu)先形成不致密的硫化亞鐵膜，吸附性差，致使腐蝕速率迅速增加。腐蝕產(chǎn)物呈蜂窩狀，疏松多孔，附著力低，輕輕觸碰即可被剝落，保護(hù)性極低。當(dāng)硫化氫分壓繼續(xù)增加時(shí)，腐蝕產(chǎn)物主要為硫化亞鐵，其比例逐漸增加，膜層越來(lái)越致密，附著能力變強(qiáng)，油井管的腐蝕速率也越來(lái)越低。

1.2 溫度

溫度對(duì)油井管硫化氫腐蝕有著重要影響。一些研究工作證實(shí)硫化氫腐蝕存在敏感溫度，硫化氫氣體的溶解度會(huì)隨著溫度的升高而下降，會(huì)降低溶液的酸性，但是同時(shí)氫離子的擴(kuò)散會(huì)隨著溫度的升高而更加劇烈，會(huì)加速氫致開(kāi)裂，因此會(huì)出現(xiàn)一個(gè)敏感性最大的溫度。硫化氫氣體在250℃以下腐蝕性相對(duì)較弱。濕硫化氫氣體在30℃時(shí)，鋼鐵表面生成的是無(wú)保護(hù)性的鐵硫化合物。硫化氫飽和水溶液在50℃下生成的鐵硫化合物保護(hù)性較差，濕硫化氫氣體在100℃時(shí)，生成少量硫化亞鐵，對(duì)鋼材幾乎沒(méi)有保護(hù)性能。但當(dāng)溫度達(dá)到130℃左右時(shí)，生成保護(hù)性較好的鐵硫化合物。

1.3 pH 值

有文獻(xiàn)指出[3]， pH 值是影響固液兩相沖刷腐蝕的一個(gè)重要因素。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，當(dāng)pH 值較低時(shí)，鋼材以均勻腐蝕為主；隨pH 值增加而減??；pH 值增大后，沖刷腐蝕速率減小，鋼材表面出現(xiàn)氧化現(xiàn)象。因此可以得出，pH 值的大小對(duì)鋼材硫化氫腐蝕有著很大的影響。pH 值越低，溶液中氫離子濃度越大，使得硫化物應(yīng)力腐蝕斷裂的概率升高。pH 值為6 是一個(gè)臨界值，當(dāng)pH 小于6 時(shí)，硫化氫溶液呈強(qiáng)酸性，具有較強(qiáng)的腐蝕性；隨著pH 值的增大，硫化氫溶液的腐蝕性明顯減弱；直至pH 值大于9，此時(shí)硫化氫溶液基本上已經(jīng)沒(méi)有腐蝕性。

1.4 介質(zhì)流速

介質(zhì)的流速對(duì)硫化氫腐蝕的影響主要體現(xiàn)在介質(zhì)對(duì)表面腐蝕產(chǎn)物膜的沖刷作用上。較高流速的介質(zhì)會(huì)對(duì)金屬產(chǎn)生很高的切應(yīng)力，會(huì)沖刷表面腐蝕產(chǎn)物，破壞腐蝕產(chǎn)物膜，使得腐蝕介質(zhì)與鋼材的接觸面積增加，加快了硫化氫溶液向鋼材表面的擴(kuò)散，增加腐蝕速率。反應(yīng)生成的腐蝕產(chǎn)物隨即被沖刷掉，加劇對(duì)鋼材基體的腐蝕。較高流速狀態(tài)下的攜砂介質(zhì)會(huì)對(duì)油井管造成較為嚴(yán)重的沖刷腐蝕。介質(zhì)流速對(duì)緩蝕劑也有很大影響，當(dāng)介質(zhì)流速過(guò)高時(shí)，緩蝕劑無(wú)法與鋼材基體表面充分接觸，導(dǎo)致其失去緩蝕作用。但是，流速很低時(shí)，主要發(fā)生電化學(xué)腐蝕，局部腐蝕效果明顯。流速是影響H2S 腐蝕的非常重要的因素之一，因此在工程設(shè)計(jì)中要充分考慮介質(zhì)流速對(duì)腐蝕的影響。

1.5 氯離子濃度

在油井管服役環(huán)境中，油田采出液往往會(huì)伴隨多種離子，其中氯離子是對(duì)H2S 腐蝕影響比較大的一種。氯離子活化能力很強(qiáng)，因此，油井管服役環(huán)境中若含有氯離子，氫脆現(xiàn)象會(huì)更加嚴(yán)重。氯離子吸附能力很強(qiáng)，極易吸附在油井管表面，使油井管表面腐蝕產(chǎn)物很容易脫落，加大接觸面積，加速管道的腐蝕。研究發(fā)現(xiàn)[4]，當(dāng)油井管腐蝕最嚴(yán)重時(shí)，H2S 溶液中氯離子濃度為0.85mol/L。如果氯離子濃度很高，氯離子能夠置換掉吸附在鋼材表面的硫化氫和硫氫根離子，使反應(yīng)速率降低。

除上述因素外，油井管的H2S 腐蝕還受到油氣中氧含量、材料的硬度和強(qiáng)度、材料的微量元素含量等因素的影響。

2 結(jié)語(yǔ)

油井管硫化氫腐蝕是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，受多種因素的交互影響，失效方式也有很多，比如電化學(xué)腐蝕、氫脆和應(yīng)力腐蝕等。目前其腐蝕機(jī)理及理論研究尚未達(dá)到全面、充分和深入的程度，且防護(hù)技術(shù)和材料及實(shí)踐方面的研究尚未達(dá)到系統(tǒng)化和實(shí)用化的程度。期待這兩個(gè)方面的研究的突破，推動(dòng)油氣工業(yè)腐蝕防護(hù)的進(jìn)展。