油气田开发中CO2 腐蚀研究进展

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1、第26卷第2期西南石油学院学报Vol.26No.22004年4月JournalofSouthwestPetroleumInstituteApr2004文章编号:1000-2634(2004)02-0042-05X油气田开发中CO2腐蚀研究进展李春福,王斌,张颖,罗平亚(“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室(西南石油学院),四川成都610500)摘要:综述了油气田开发中CO2腐蚀的存在形式及影响因素,分析了不同腐蚀状况的机理,针对超临界流状态下CO2的性质及腐蚀实际,提出超临界腐蚀的观点。关键词:腐蚀;机理;超临界腐蚀中图分类号:TE39文献标识码:ACO[7]2腐蚀是世界石油

2、工业中一种常见的腐蚀类阴极腐蚀过程主要有两种反应:型,也是困扰我国石油工业发展的一个极为突出问(1)非催化的氢离子阴极还原反应题,随着油井含水量的增加危害愈来愈大。伴随深CO2+H2O→H2CO3层含CO2油气层的逐渐开发,CO2驱油工艺的推广,H2CO3→H++HCO3-油田的CO2腐蚀问题越来越突出,成为油田及石油HCO-+2-3→H+CO3工业一个遽需解决的重要课题。+pH<4时H3O+e→Had+H2O关于CO2腐蚀,早在1924年就有报道。在相同(ad代表基材表面吸附的粒子)的pH值下,由于CO2的总酸度比盐酸高,它对钢铁-4

3、3的腐蚀比盐酸还严重。1940年提出的CO2腐蚀研究-2-pH>6时2HCO3+2e→H2+2CO3报告认为,CO2腐蚀最典型的特征是呈现局部的点(2)表面吸附CO2,ad,氢离子的催化还原反应[1,2]蚀、癣状腐蚀和台地腐蚀,其中,台地腐蚀是腐蚀CO2,sol→CO2,ad(sol代表溶液中的粒子)过程最严重的一种情况。低碳钢在CO2中的腐蚀速CO2,ad+H2O→H2CO3,ad[2]率有时高达7mm/a,厌氧条件下可高达20mm/a。-H2CO3,ad+e→Had+HCO3,adCO2引发钢铁的全面腐蚀和严重的局部腐蚀,使得+H3Oad+e→Had+H2O管道和设备发生早

4、期腐蚀失效并往往造成巨大的经-+H2CO3,ad+H3O→H2CO3,ad+H2O济损失和严重的社会后果,因此自70年代以来CO2两种阴极反应的实质都是CO2溶解后形成的腐蚀成为世界石油工业腐蚀与防护方面的研究热-+[3—5]HCO3电离出H的还原过程。总的腐蚀反应为点。CO2+H2O+Fe→FeCO3+H21常规CO1.2局部腐蚀机制2分压概念下的腐蚀机理一般认为,CO2遇水后,部分溶解于水,溶解量主要取决于压力与温度。溶液中的CO2浓度和CO21.1全面腐蚀机制腐蚀的阳极反应为[6]:分压成一定比例,即[CO2]=H·pCO。溶解在水中的2Fe+OH-→FeOH+eCO2和

5、水反应生成碳酸,碳酸和铁的反应促使了钢+材的腐蚀:FeOH→FeOH+e+2+—Fe+HFeOH→Fe+OH2CO3→FeCO3+H2X收稿日期:2003-04-24基金项目:四川省教育厅自然科学基金项目(2003A214)。作者简介:李春福(1947-),男(汉族),河北深泽人,教授,主要从事纳米材料应用、高温高压的腐蚀与防护等研究。第2期李春福等:油气田开发中CO2腐蚀研究进展43+但是溶液中的FeCO3绝大部分是以H和此,有人提出了30%含水量是作为油水混合流体是-否发生COHCO3存在的,因此,反应生成物中的大多数物质不2腐蚀的一个判据,当然,这与油的成分有是FeCO3

6、,而是Fe(HCO3)2。Fe(HCO3)2高温下不稳关。由于水、CO2、原油(烃类)三元系中组元相互作[10]定并分解为:用,使钢材产生溶解腐蚀。Waard等认为在饱和Fe(HCO3)2→FeCO3+H2O+CO2CO2溶液中,原油对CO2的腐蚀会带来有益的影响,实际上,CO2腐蚀多是一种典型的局部腐蚀,往Wicks、Fraster的研究结果表明,在输送管道中水被原往表现为全面腐蚀和典型的沉积物下方的局部腐蚀油夹带,钢表面吸附的是油而不是水,因此钢材不会共同作用,腐蚀产物碳酸盐或不同的生成膜在钢铁腐蚀。但水量如果过多,钢表面吸附水后使腐蚀速[11]表面不同区域的覆盖程度不同,

7、不同覆盖度的区域率提高,Lotz等的工作表明原油中至少可接纳[8—9]之间形成了自催化作用很强的腐蚀电偶,CO230%水。但这些研究也是基于CO2分压概念下完成的局部腐蚀就是这种腐蚀电偶作用的结果。这一机的,对油水混合介质条件下出现急剧CO2腐蚀的水理也很好地解释了水化学的作用和在现场一旦发生含量以及高温高压下水含量对CO2腐蚀影响尚不清上述过程时,局部腐蚀会突然变得非常严重等现象。楚,有待进一步开展研究。1.3CO2分压概念下的腐蚀动力学2.2CO2分压及系统总压对腐蚀形貌的影响在常规条件