賀毅 楊興波 張凱翔 楊波

摘要：要想降低油氣田開(kāi)采中的二氧化碳腐蝕，必須對(duì)腐蝕機(jī)理以及類(lèi)型基質(zhì)影響因素這些進(jìn)行分析和研究。通過(guò)對(duì)腐蝕機(jī)理調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，二氧化碳會(huì)產(chǎn)生碳酸，進(jìn)而產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，最終造成鋼材腐蝕。在腐蝕種類(lèi)上有均勻和沖刷以及坑點(diǎn)腐蝕，影響因素較多?，F(xiàn)在開(kāi)發(fā)中防腐蝕措施也較多，現(xiàn)在主要對(duì)腐蝕的危害以及方式方式進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：二氧化碳；腐蝕機(jī)理；防腐方式

前言：在油田開(kāi)發(fā)中，二氧化碳腐蝕會(huì)造成巨大損失同時(shí)也會(huì)發(fā)生災(zāi)難性后果。二氧化碳還石油和天然氣開(kāi)發(fā)中產(chǎn)生的常見(jiàn)氣體。在溶于水之后對(duì)金屬會(huì)有加強(qiáng)的腐蝕性，這些對(duì)材料造成的破壞可以稱(chēng)之為二氧化碳腐蝕。這些腐蝕會(huì)使得油井壽命大大低于設(shè)計(jì)壽命，也會(huì)使得設(shè)備腐蝕失效，現(xiàn)在掌握好腐蝕問(wèn)題研究現(xiàn)狀以及趨勢(shì)，為減少損失提升效益提供借鑒。

1 二氧化碳腐蝕的機(jī)理

二氧化碳腐蝕問(wèn)題一直是人們關(guān)注的主要問(wèn)題。因?yàn)樵诙趸既?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(méi)有被電離的分子會(huì)被還原為 H2分子，在電解質(zhì)溶液中擴(kuò)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(yán)重。

腐蝕學(xué)認(rèn)為，坑腐蝕誘發(fā)主要是因?yàn)橛信_(tái)地腐蝕機(jī)制以及流動(dòng)誘導(dǎo)機(jī)制等都會(huì)造成膜破損。也有人通過(guò)腐蝕產(chǎn)物膜生產(chǎn)和發(fā)展過(guò)程， 提出臺(tái)地腐蝕機(jī)制：坑蝕最早出現(xiàn)在幾個(gè)點(diǎn)，之后發(fā)展為一片，小孔腐蝕介質(zhì)會(huì)破壞腐蝕產(chǎn)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(gè)復(fù)雜的電化學(xué)過(guò)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(nèi) PH 值會(huì)影響到 H2C03在水中存在方式，在研究中可以發(fā)現(xiàn) PH﹤4 時(shí)，主要存在形式為 H2C03；在 4≤PH≤10 時(shí)，主要是以 HC03 的形式出現(xiàn)，在 PH>10 時(shí)，存在形式是CO2。同時(shí)隨著 PH 值持續(xù)增加，H+增加而不斷下降，腐蝕速率也會(huì)逐漸降低。隨著 FeCO3 內(nèi)的溶解度持續(xù)下降，更方便 FeCO3 腐蝕膜的形成，這樣也會(huì)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(jù)防腐蝕協(xié)會(huì)中的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定，也可以用來(lái)劃分 CO2中對(duì)環(huán)境的影響。其中Pco2<0.021MPa，處在這個(gè)等級(jí)的腐蝕屬于中等腐蝕，同時(shí)這個(gè)等級(jí)是一定要重視防腐措施。在Pco2>0.21MPa，便是嚴(yán)重腐蝕，這時(shí)便要使用防腐蝕管材。

2.3 溫度。高溫會(huì)不斷促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)，也使得腐蝕速度不斷加快，同時(shí) FeCO3沉降速度也會(huì)隨著溫度的提升不斷升高，腐蝕產(chǎn)物膜形成速度也會(huì)持續(xù)提升，從而使得腐蝕速率持續(xù)降低。通過(guò)實(shí)驗(yàn)也可以發(fā)現(xiàn)：T<60℃時(shí)，F(xiàn)eCO3便很難在鋼鐵的表面形成保護(hù)膜，同時(shí)在此階段腐蝕物膜量通常較少同時(shí)附著力也較小，很容易發(fā)生均勻腐蝕。T=100℃時(shí)，便會(huì)形成厚同時(shí)也較為送散的腐蝕膜，這時(shí)便會(huì)發(fā)生坑蝕以及均勻腐蝕；在 T>150℃時(shí)，也會(huì)形成緊密、附著力強(qiáng)的膜， 同時(shí)腐蝕速率也會(huì)不斷降低。

2.4 流速。流速較高是會(huì)使得腐蝕介質(zhì)和金屬接觸的時(shí)間增加， 同時(shí)也會(huì)加快對(duì)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(rùn)鋼鐵表面。干燥二氧化碳中鋼鐵腐蝕速度十分低，經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)二氧化碳中的水含量不斷增加時(shí)碳鋼的腐蝕速度明顯增快，這些也可以說(shuō)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(guó)內(nèi)防止二氧化碳腐蝕的方法主要：使用優(yōu)質(zhì)管材，在管壁上涂保護(hù)層、加注緩蝕劑等。

3.1 優(yōu)先使用抗腐蝕管材。在潮濕環(huán)境中，含 Gr 材質(zhì)的不銹鋼有良好的抗腐蝕性能。同時(shí)低溫狀態(tài)隨著 Gr 含量的提升，抗腐蝕性能也會(huì)持續(xù)增加；隨著溫度提升，抗腐蝕性能也會(huì)出現(xiàn)快速下降的問(wèn)題。

3.2 在管壁上涂好保護(hù)層。使用涂層保護(hù)管壁是防腐中經(jīng)常使用的方式，這種方式經(jīng)常使用在有較高壓力的油氣井內(nèi)。國(guó)外主要使用酚醛以及改性環(huán)氧酚醛樹(shù)脂涂料提升抗腐蝕性能，涂層厚度一般能夠達(dá)到 0.12～0.2mm。

3.3 增加 PH 值。從分析中可以看出當(dāng) 6

3.4 加注緩蝕劑。不斷添加緩蝕劑成本低同時(shí)適用性強(qiáng)。緩釋及可以分為兩種，一種是有機(jī)胺類(lèi)緩蝕劑另一種為表面活性緩蝕劑?，F(xiàn)在對(duì)咪唑啉緩釋劑研究較多，同時(shí)效果較好，因此是研究的重要方向。

小結(jié)

通過(guò)對(duì)二氧化碳中的腐蝕機(jī)理以及防腐因素和方式的研究之后， 要依據(jù)經(jīng)濟(jì)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(fā)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(fā)展。希望通過(guò)不斷研究和努力可以研究出經(jīng)濟(jì)使用的防腐蝕方式。

參考文獻(xiàn)：

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