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油田集输管线腐蚀机理研究

发表时间：2021/5/25 来源：《基层建设》2021年第2期作者：刘江松王兆华

[导读] 摘要：世界各国对能源的需求日益增多，目前石油、天然气仍然是人类生产、生活所需的主要能源，因此，相关的石油天然气勘探开采技术的发展显得尤为重要。

        天津市大港油田公司第二采油厂
        摘要：世界各国对能源的需求日益增多，目前石油、天然气仍然是人类生产、生活所需的主要能源，因此，相关的石油天然气勘探开采技术的发展显得尤为重要。在油田开采及油气输送过程的设备、管线等主要以金属材料为主，不可避免地会发生腐蚀。严重的腐蚀破坏不但造成了巨大的经济损失，同时对环境也造成了严重的污染，已经成为制约油气田开发的一个重要因素。而近年来大部分油田已进入开发中后期，油气开采的环境越来越恶劣，使得原油开采中的腐蚀现象越来越严重。
        关键词：集输管线；腐蚀；机理
        引言
        在集中输送油气的管线内部，造成管线腐蚀的因素复杂多样，不同的油气品种造成管线所处的内部环境不同，因而致蚀因素有很大差别，但都与其所处环境的主要致蚀因素有关。集输管线腐蚀的产生主要是以下原因：由于管线输送的环境中存在二氧化碳气体、硫化氢气体、氯离子等酸性因子，这些酸性因子溶于水后形成酸性物质，使管线内部环境pH值偏低并趋于酸化，这些酸性物与管线内部无涂层的金属材料接触后产生腐蚀。
        1 油田集输管线的腐蚀机理
        1.1 溶解氧
        造成油气田腐蚀的重要原因之一就是溶解氧。氧在腐蚀反应中是一种去极化剂，可以促进金属的腐蚀过程的发生。采出水中溶解氧含量不同，对金属腐蚀的影响也不同。在氧含量高的情况下，将使腐蚀电流增大，但如果增大到致钝电流时，金属表面将形成钝化膜而使金属钝化，减缓其腐蚀。在氧含量较低的情况下，由于具有保护性氧化膜很难形成，所以随着溶解氧浓度的增大，氧极限扩散电流也将增大，致使氧离子化反应的速度增加，金属的腐蚀速度增大。
        1.2 二氧化碳
        根据CO2对钢铁材料所造成的不同的破坏腐蚀形态，可将其分为全面腐蚀与局部腐蚀。在温度较低时，腐蚀产物FeCO3较易溶解，因此不能够在金属表面形成没有保护作用的腐蚀产物膜，此时会发生金属的活性溶解，即全面腐蚀。阴极反应控制着钢材等金属材料的腐蚀速率，其原理都是二氧化碳与水反应后生成碳酸，然后电离出氢离子的还原反应。在中温区，溶液中FeCO3的不易溶解，形成过饱和FeCO3，此时可在钢铁表面形成致密的腐蚀产物膜，具有一定的保护性。但是如果腐蚀产物膜不均一或局部遭到破坏则将会引起钢铁材料的严重的局部腐蚀，如点腐蚀、台状腐蚀等。在实际中，由于CO2所造成的腐蚀形态通常同时含有全面腐蚀和局部腐蚀，它们的共同作用导致了油气田中钢铁设备腐蚀破坏，如壁厚变薄、点蚀穿孔、设备构件的开裂等。
        1.3 微生物腐蚀
        油气田中具有腐蚀作用的细菌的主要有硫酸盐还原菌（SRB）、腐生菌（TGB）、铁细菌（FB），均是厌氧菌类细菌，当它们在油气井采出液，污水等环境中大量存在时，油田钢铁设备将会产生严重腐蚀，其中SRB所导致的腐蚀问题最严重，研究也最多。已提出的腐蚀机理主要有阴极去极化和浓差电池理论等几种，其中较为认同的是阴极去极化理论。理论认为在缺氧情况下，附着在钢铁设备表面的SRB将产生去极化作用，使溶液中SO42-氧化吸氢，使材料的腐蚀速度提高。

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        2 油田集输管线防腐蚀技术
        油气田腐蚀环境比较复杂，而且每个地方的环境也各有不同。腐蚀环境中不但同时含有气相、水相、烃类、固体中的两相或多相腐蚀介质，同时还会处于高温或高压环境。目前，针对油气田现场一般采用以下腐蚀防护措施。
        2.1 正确选材
        为减少腐蚀的发生，根据油气田实际情况，正确选材是关键。目前，针对高产油气井，国际上普遍采用耐蚀性较好的钢铁材料，当然导致成本也相对高一些。有些油田管线通过选用耐蚀性好的钢铁材料或合金材料来解决或延缓油气管线腐蚀穿孔问题。对于CO2和Cl-离子共存的高强度的腐蚀环境，有时选用含铬、锰、镍的不锈钢材料。
        2.2 涂层防护技术
        在金属表面涂覆有机涂料是一种最简单的，防护效果较好的技术方法，其过程是在油气管线的表面涂覆防腐涂层，隔离腐蚀介质与金属钢铁材料表面的接触，阻断腐蚀因子与材料的电化学腐蚀反应路径，起到防止油气管线金属腐蚀的作用。使用较多的有FBE涂层、液态涂料涂层、聚烯烃类外防腐涂层等。
        2.3 缓蚀剂技术
        在介质环境中，少量的缓蚀剂添加会阻滞金属与介质的界面上的腐蚀反应，有效地减缓或阻止金属腐蚀。缓蚀剂在应用中添加量比较少，对介质环境的性质的影响也比较小。同时，缓蚀剂的添加和使用对辅助设备的要求较低，因此，利用缓蚀剂技术减缓金属材料的腐蚀是一种适应性强、操作简单、效果好、成本低的防腐蚀方法。此项技术也已经在许多油田积极开发和使用。
        2.4 吸附过滤技术
        吸附过滤技术是为了防止二氧化碳、硫化氢等腐蚀性气体对金属材料的侵害，首先采用吸附技术将该类型的腐蚀性气体用物理或化学的方法吸附采集，然后过滤排出的一种方法，经过处理后可减少油田气中CO2、H2S含量，杜绝或减缓由其所致的金属钢铁材料的腐蚀。在行业中常使用的吸附剂包括：TYTS22000 吸附剂、MDEA吸附剂、离子交换纤维吸附剂和工业废碱液等。
        3 结束语
        油气资源主要通过金属集输管线运输，近年来频繁出现的腐蚀穿孔漏油问题一直是困扰着油气集输管线行业腐蚀防护的难题，其腐蚀现象主要表现为管线腐蚀穿孔和涂层失效后的腐蚀，目前主要的整治方式是通过管线换管和外涂层修复来解决，但管线腐蚀穿孔和涂层失效后腐蚀的根源问题不解决会导致这些腐蚀问题持续发生，从而产生不断地换管和涂层修复，这些工作都要在管线停输和环保达标条件下才能进行，会给输油行业带来巨大的经济环保压力，因而对油气管线腐蚀穿孔的腐蚀机理、管线涂层腐蚀性能失效评价及寿命预测、失效涂层的防护修复技术开展研究十分必要，以有效解决集输管线腐蚀穿孔漏油和涂层失效后的腐蚀问题。
        参考文献：
        [1]郭学辉，周生杰，杜素珍等.油气田中几种常见的腐蚀机理[J].辽宁化工,2014,43(1):52-55.
        [2]卓苗,郭继香.油气田集输系统腐蚀现状及内腐蚀原因分析[J].辽宁化工,2016,45(6):764-766.