第三章酸性油气田的腐蚀与防护

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1、腐蚀与防护第三章酸性油气田的腐蚀与防护第三章酸性油气田的腐蚀与防护•第一节概述•第二节硫化氢腐蚀与防护•第三节二氧化碳的腐蚀与防护第一节概述•湿含H2S或/和CO2油气通称酸性油气。本章称产出酸性油气的油气田为酸性油气田。•地层中的油气除了含H2S或/和CO2外，一般均含有矿化水，在高温高压下，有时还含有多硫和单质硫类络合物，因此具有很强的腐蚀性。•另外，在开采油气田的过程中，有时必须对低渗透度地层进行酸化处理，残留于井下的无机酸，使产出液的pH很低；•某些特定的部位，由于微生物活动，特别是硫酸盐还原菌，不仅使金属产生点蚀，还会生

2、成强腐蚀性的H2S；•修井、添加化学药剂等作业均可能把氧气带入井下，这些因素无疑地会促进酸性油气的腐蚀进程。第三章酸性油气田的腐蚀与防护•第一节概述•第二节硫化氢腐蚀与防护•第三节二氧化碳的腐蚀与防护硫化氢的特性•硫化氢的分子量为34.08，密度为1.539mg/m3。而且是一种无色、有臭鸡蛋味的、易燃、易爆、有毒和腐蚀性的酸性气体。•H2S在水中的溶解度很大，水溶液具有弱酸性，如在1大气压下，30℃水溶液中H2S饱和浓度大约是300mg/L，溶液的pH值约是4。第二节硫化氢腐蚀与防护一、硫化氢腐蚀机理钢在H2S介质中的腐蚀破坏现

3、象，40多年前就已被发现。各国学者为此进行了大量的研究工作。虽然现在已普遍承认H2S对钢材具有很强的腐蚀性；而且H2S还是一种很强的渗氢介质。但是，关于H2S促进渗氢过程的机制，氢在钢中存在的状态，运行过程以及氢脆本质等至今看法还不统一。1.硫化氢电化学腐蚀过程干燥的HS对金属材料无腐蚀破坏作用，HS只有22溶解在水中才具有腐蚀性。在油气开采中与CO2和O2相比，H2S在水中的溶解度最高。H2S一旦溶于水便立即电离呈酸性。H2S在水中的离解反应：H2S→H++SH-SH-→H++S2-H2S水溶液对钢铁的电化学腐蚀过程人们习惯用如

4、下反应式表示：阳极：Fe-2e→Fe2+阴极：2H++2e→Had+Had→2H→H2↑↓[H]→钢中扩散其中：Had-钢表面吸附的氢原子[H]-钢中的扩散氢阳极反应产物：Fe2＋＋S2－→FeS↓注：钢材受到硫化氢腐蚀以后阳极的最终产物就是硫化亚铁，该产物通常是一种有缺陷的结构，它与钢铁表面的粘结力差，易脱落，易氧化，且电位较正，因而作为阴极与钢铁基体构成一个活性的微电池，对钢基体继续进行腐蚀。腐蚀产物FexSy，主要有Fe9S8、Fe3S4、FeS2、FeS。它们的生成是随pH值、H2S浓度等参数而变化。其中Fe9S8的保护性

5、最差。与Fe9S8相比，FeS2和FeS具有较完整的晶格点阵，因此保护性较好。2.硫化氢导致氢损伤过程H2S水溶液对钢材电化学腐蚀的另一产物是氢。被钢铁吸收的氢原子，将破坏其基体的连续性，从而导致氢损伤，也称之为H2S环境开裂。H2S作为一种强渗氢介质，这不仅是因为它本身提供了氢的来源，而且还起着毒化的作用，阻碍氢原子结合成氢分子的反应，于是提高了钢铁表面氢浓度，其结果加速了氢向钢中的扩散溶解过程。•至于氢在钢中存在状态而导致钢基体开裂的过程，至今还无一致的认识。•但普遍承认，钢中氢的含量一般是很小的，有试验表明通常只有百万分之几

6、。若氢原子均匀地分布于钢中，则难以理解会萌生裂纹，因此，萌生裂纹的部位必须有足够富集氢的能量。二、含H2S酸性油气田腐蚀破坏类型含H2S酸性油气田上的金属设施，常见的腐蚀破坏通常可分为两种类型：一类为电化学反应过程中阳极铁溶解导致的全面腐蚀和/或局部腐蚀，表现为金属设施的壁厚减薄和/或点蚀穿孔等局部腐蚀破坏。另一类为电化学反应过程中阴极析出的氢原子，由于H2S的存在，阻止其结合成氢分子逸出，而进入钢中，导致钢材H2S环境开裂。H2S环境开裂主要表现有硫化物应力开裂（SSC）、氢诱发裂纹（HIC）、氢鼓泡（HB）和应力导向氢诱发裂纹

7、（SOHIC）。图3-1硫化氢应力开裂形态示意图（a）HIC；（b）HB；（c）SSC；（d）SOHIC氢诱发裂纹（HIC）氢鼓泡（HB）硫化物应力开裂（SSC）应力导向氢诱发裂纹（SOHIC三、全面腐蚀和/或局部腐蚀及控制1.腐蚀破坏的特点湿含H2S天然气对气田钢构件的腐蚀一般呈全面腐蚀，腐蚀率均比较低，通常年腐蚀率为几十个微米。天然气中携带的含H2S水液，特别是来自地层的含Cl-高，并被酸污染的气田水腐蚀性强，钢构件积水部位的腐蚀率通常很高，年腐蚀率几毫米到十几毫米。腐蚀失效表现为由点蚀导致局部壁厚减薄或穿孔。2.影响腐蚀速率

8、的因素（1）H2S浓度H2S浓度对钢材腐蚀速率的影响，如图3-2所示。图3-2软钢的腐蚀率与HS浓度之间的关系2（2）pH值H2S水溶液的pH值将直接影响着钢铁的腐蚀速率。随pH的增加，钢材发生硫化物应力腐蚀的敏感性下降。通常表现出pH为6是一个临