CO_2对油气管材的腐蚀规律及国内外研究进展.docx

CO2对油气管材的腐蚀规律及国内外研究进展张忠铧郭金宝(宝钢研究院)摘要阐述了石油天然气工业中CO2腐蚀的危害、腐蚀机理以及影响因素和规律,分析了国内外研究CO2腐蚀的水平和趋势,探讨了宝钢开发抗CO2腐蚀油管的思路和前景。关键词二氧化碳腐蚀油管LawofCO2CorrosionofOilCountryTubularGoodsandtheStudyofItsProgressatHomeandAbroadZhangZhonghuaGuoJinbao(BaosteelResearchInstitute)ABSTRACTThearticledescribestheharm,mechanism,influencingfactorsandlawofCO2corro2sioninoilandgasindustry,analysesthelevelandtendencyofCO2corrosionathomeandabroad,anddis2cussesthethinkingandprospectforBaosteeltodevelopCO22resistantoilcountrytubulargoodsaswell.KeyWordsCarbondioxideCorrosionOilcountrytubulargoods7mm/a4,在厌氧条件下腐蚀速率可高达20mm/a,从而使油井管的服役寿命大大下降。CO2引起钢铁迅速的全面腐蚀和严重的局部腐蚀,使得管道和设备发生早期腐蚀失效并往往造成巨大的经济损失和严重的社会后果。因此,研究抗CO2腐蚀油井管并加强CO2腐蚀的预测和防护已经引起世界各国的广泛关注和重视,并是自70年代以来世界石油工业腐蚀与防护方面的一个研究热点。本文正是根据油管的CO2腐蚀特性、腐蚀规律及特点以及国内外抗CO2腐蚀油管的研究现状等,对在宝钢开发经济型抗CO2腐蚀油井管的思路进行简要的分析。1前言CO2腐蚀是世界石油工业中一种常见的腐蚀类型,也是困扰我国油气工业发展的一个极为突出的问题。我国相当一些主力油田CO2含量很高,塔里木、长庆、四川、华北等油田都已面临严重的CO2腐蚀危害,而且随着油井含水量愈来愈高、深层含CO2油气层的开发日益增多、注CO2强化采油工艺的普遍推广,油田的CO2腐蚀问题将越来越突出,并将会继含硫油气的腐蚀防护研究之后,成为今后油田及油管生产厂家的一个急需解决的重要课题。CO2溶入水后对钢铁有极强的腐蚀性,在相同的pH值下,由于CO2的总酸度比盐酸高1,因此它对钢铁的腐蚀比盐酸还严重。CO2腐蚀最典型的特征是呈现局部的点蚀、癣状腐蚀和台面状2CO2的腐蚀机理及影响因素211CO2的腐蚀机理钢铁在CO2水溶液中的腐蚀,其基本过程:当气相CO2遇水时,一定数量的CO2将溶解腐蚀2,3,其中,台面状腐蚀是腐蚀过程最严重的为1一种情况。CO2腐蚀可能使油气井管柱的寿命大大低于设计寿命,低碳钢的腐蚀速率有时高达于水形成具有一定CO2浓度的溶液,CO2在水中的溶解量主要取决于温度。溶液中的CO2浓度和CO2分压成一定比例,即张忠铧博士1970年生1998年毕业于东南大学现从事金属材料研究电编201900问题讨论张忠铧等CO2对油气管材的腐蚀规律及国内外研究进展55CO2=H·PCO具保护性的少量松软且不致密的FeCO3,而且钢的腐蚀速率在此区域出现极大值(含Mn钢在40℃附近,含Cr钢在60℃附近),此时腐蚀为均匀腐蚀;当温度在110℃或更高的温度范围时,由于可发生以下化学反应:3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2↑因而在110℃附近显示出钢的第二个腐蚀速率极大值(如图1所示)。表面产物膜层也由FeCO3变成Fe3O4和FeCO3,并且随温度的升高,Fe3O4量增加,在更高温度下Fe3O4在膜中的比例将占主导地位。2溶解在水中的CO2和水反应生成碳酸:CO2+H2O=H2CO3溶液中的H2CO3和Fe的反应促使了Fe的腐蚀:Fe+H2CO3→FeCO3+H2但是溶液中的H2CO3绝大部分是以H+和HCO3-存在的,因此,反应生成物中的大多数物质不是FeCO3而是Fe(HCO3)2。Fe(HCO3)2在高温下不稳定并分解为:Fe(HCO3)2→FeCO3+H2O+CO2实际上,CO2腐蚀是一种典型的局部腐蚀3,腐蚀产物碳酸盐(FeCO3、CaCO3)或不同的生成膜在钢铁表面不同区域的覆盖程度不同,而且不同覆盖度的区域之间形成了自催化作用很强的腐蚀电偶,CO2的局部腐蚀就是这种腐蚀电偶作用的结果。这一机理也很好地解释了水化学作用和在现场一旦发生上述过程时,局部腐蚀会突然变得非常严重等现象。212CO2腐蚀的影响因素和腐蚀特性在产生CO2腐蚀时,金属破坏的基本特征是局部腐蚀,但均匀腐蚀现象也时有发