某油田开发中二氧化碳腐蚀的危害性现状分析

贺毅 杨兴波 张凯翔 杨波

摘要：要想降低油气田开采中的二氧化碳腐蚀，必须对腐蚀机理以及类型基质影响因素这些进行分析和研究。通过对腐蚀机理调研可以发现，二氧化碳会产生碳酸，进而产生电化学反应，最终造成钢材腐蚀。在腐蚀种类上有均匀和冲刷以及坑点腐蚀，影响因素较多。现在开发中防腐蚀措施也较多，现在主要对腐蚀的危害以及方式方式进行论述。

关键词：二氧化碳；腐蚀机理；防腐方式

前言：在油田开发中，二氧化碳腐蚀会造成巨大损失同时也会发生灾难性后果。二氧化碳还石油和天然气开发中产生的常见气体。在溶于水之后对金属会有加强的腐蚀性，这些对材料造成的破坏可以称之为二氧化碳腐蚀。这些腐蚀会使得油井寿命大大低于设计寿命，也会使得设备腐蚀失效，现在掌握好腐蚀问题研究现状以及趋势，为减少损失提升效益提供借鉴。

1 二氧化碳腐蚀的机理

二氧化碳腐蚀问题一直是人们关注的主要问题。因为在二氧化碳溶 于水之后 PH 值升高，不断加速管材腐蚀，金属表面附着的 H2C03中没有被电离的分子会被还原为 H2分子，在电解质溶液中扩散到金属表面形成 H2C03。从此也可以看出碳酸造成的腐蚀要明显比电离要严重。

腐蚀学认为，坑腐蚀诱发主要是因为有台地腐蚀机制以及流动诱导机制等都会造成膜破损。也有人通过腐蚀产物膜生产和发展过程， 提出台地腐蚀机制：坑蚀最早出现在几个点，之后发展为一片，小孔腐蚀介质会破坏腐蚀产物膜，从而造成腐蚀。

2 二氧化碳腐蚀中的影响因素

二氧化碳腐蚀是一个复杂的电化学过程，主要影响因素为 PH 值以及二氧化碳分压、温度和流速、水量等各种因素。

2.1 PH 值。溶液内 PH 值会影响到 H2C03在水中存在方式，在研究中可以发现 PH﹤4 时，主要存在形式为 H2C03；在 4≤PH≤10 时，主要是以 HC03 的形式出现，在 PH>10 时，存在形式是CO2。同时随着 PH 值持续增加，H+增加而不断下降，腐蚀速率也会逐渐降低。随着 FeCO3 内的溶解度持续下降，更方便 FeCO3 腐蚀膜的形成，这样也会降低腐蚀速率。

2.2 CO2分压。CO2分压是影响腐蚀的主要因素，可以依据防腐蚀协会中的有关标准制定，也可以用来划分 CO2中对环境的影响。其中Pco2<0.021MPa，处在这个等级的腐蚀属于中等腐蚀，同时这个等级是一定要重视防腐措施。在Pco2>0.21MPa，便是严重腐蚀，这时便要使用防腐蚀管材。

2.3 温度。高温会不断促进电化学反应，也使得腐蚀速度不断加快，同时 FeCO3沉降速度也会随着温度的提升不断升高，腐蚀产物膜形成速度也会持续提升，从而使得腐蚀速率持续降低。通过实验也可以发现：T<60℃时，FeCO3便很难在钢铁的表面形成保护膜，同时在此阶段腐蚀物膜量通常较少同时附着力也较小，很容易发生均匀腐蚀。T=100℃时，便会形成厚同时也较为送散的腐蚀膜，这时便会发生坑蚀以及均匀腐蚀；在 T>150℃时，也会形成紧密、附着力强的膜， 同时腐蚀速率也会不断降低。

2.4 流速。流速较高是会使得腐蚀介质和金属接触的时间增加， 同时也会加快对腐蚀膜的破坏速度，提升腐蚀速率。

2.5 含水量。二氧化碳不管是气相或者是液相，重要的是水要可以湿润钢铁表面。干燥二氧化碳中钢铁腐蚀速度十分低，经过研究发现，当二氧化碳中的水含量不断增加时碳钢的腐蚀速度明显增快，这些也可以说明二氧化碳中的含水量是影响腐蚀的重要因素。

3 二氧化碳防止腐蚀的方式

在国内防止二氧化碳腐蚀的方法主要：使用优质管材，在管壁上涂保护层、加注缓蚀剂等。

3.1 优先使用抗腐蚀管材。在潮湿环境中，含 Gr 材质的不锈钢有良好的抗腐蚀性能。同时低温状态随着 Gr 含量的提升，抗腐蚀性能也会持续增加；随着温度提升，抗腐蚀性能也会出现快速下降的问题。

3.2 在管壁上涂好保护层。使用涂层保护管壁是防腐中经常使用的方式，这种方式经常使用在有较高压力的油气井内。国外主要使用酚醛以及改性环氧酚醛树脂涂料提升抗腐蚀性能，涂层厚度一般能够达到 0.12～0.2mm。

3.3 增加 PH 值。从分析中可以看出当 6

3.4 加注缓蚀剂。不断添加缓蚀剂成本低同时适用性强。缓释及可以分为两种，一种是有机胺类缓蚀剂另一种为表面活性缓蚀剂。现在对咪唑啉缓释剂研究较多，同时效果较好，因此是研究的重要方向。

小结

通过对二氧化碳中的腐蚀机理以及防腐因素和方式的研究之后， 要依据经济合适的原则选用各种防腐方式。虽然缓蚀剂在研究中有所发展和突破，但是总体看依然较为薄弱，需要新的缓蚀剂理论指引其发展。希望通过不断研究和努力可以研究出经济使用的防腐蚀方式。

参考文献：

[1]张大飞，刘成，胡君城，常蕾.移动式气井压裂返排液回收处理工艺技术研究及应用[J].油气田地面工程，2017，36（01）：1-4.