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第一章

绪论

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第一章 绪论

1.1研究二氧化碳腐蚀的意义

在大自然中，二氧化碳是比较丰富的化学物质，大气里CO

2

含量为

0.03~0.04%，全球大气中CO

2

的含量会随世界经济的增长而快速增长，因

为化石燃料等工业过程的副产品能产生CO

2

气体。在天然气或油田伴生气

中也包含有CO

2

气体。在国民经济中，CO

2

有着非常广泛的用途，但CO

2

溶于水后具有极强的腐蚀性，到现在CO

2

资源应用的越来越广，由CO引

2

起的腐蚀问题也越来越严重。因此了解并如何控制CO

2

腐蚀也越来越为人

们所重视。

CO溶入水后对部分金属材料有极强的腐蚀性，在相同的pH值下，

2

由于CO

2

的总酸度比盐酸高，因此，它对钢铁的腐蚀比盐酸还严重。CO

2

已经对油套管钢以及输送管线钢造成严重的腐蚀，使材料的使用寿命大大低于设计寿命，造成巨大的经济损失。

“CO

2

腐蚀”这一术语1925年第一次由API（美国石油学会）采用[1]。

1943年，首次认为出现在Texas油田气井下油管的腐蚀为CO

2

腐蚀。CO

2

在水介质中能引起钢铁表面的全面和严重的局部腐蚀，使得管道和设备发生早期腐蚀失效，并往往造成严重的社会后果。在前苏联，油田设备

CO腐蚀是在1961-1962年开发克拉斯诺尔边疆区油气田时首次发现，设

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备表面的腐蚀速率达到5-8mm/a，导致设备损坏和严重事故隐患。美国

LittleCreek油田实施CO

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驱油试验期间，在无任何抑制CO

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腐蚀的情况

下，不到 5个月时间采油井油管管壁就腐蚀穿孔，腐蚀速率高达

12.7mm/a[1]。1948年调查表明，由于设备的CO

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腐蚀报废而导致的额外支

出，已经占到了天然气价格的7.6%。国内的CO

2

腐蚀破坏在20世纪80

年代中期明显凸现出来，如华北油田馏58井，曾日产原油400t，天然

气100,000m3，油中含水3.1%，气中含CO42%，仅使用18个月，N80油

2

管就被腐蚀得千疮百孔，不得不报废，并造成井喷，被迫停产；吉林油

田万五井于1985年投产，由于油管遭受严重的CO

2

腐蚀，投产不到三年，

800m油管掉落井下；四川油田、长庆油田、塔里木油田以及南海涠103

油田也都因严重的CO

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腐蚀而造成巨大的经济损失[2]。

1972年以后，由于深层含CO

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气藏的开发及在三次采油中回注CO

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气强化采油工艺的广泛应用，CO

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腐蚀问题引起了人们的广泛关注。美

国国家腐蚀工程师协会成立了T2IC小组，专门从事CO

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腐蚀及防护措施

技术研究。CO

2

溶于水后，在相同的PH之下，其酸度比盐酸高，因而对

钢的腐蚀比盐酸严重的多。当油井中CO

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分压达到一定浓度时，会导致设

备损坏和事故的发生，给石油天然气工业带来巨大的经济损失。目前二氧化碳腐蚀问题还没得到很好的解决，有些油井中的二氧化碳腐蚀问题还很严重。我国埋地管道80%以上是1978年以前建成的，目前已逐渐

进入老龄期，漏油事故逐渐增多，因此CO

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腐蚀成为工业生产中迫切需

要解决的问题[3]。

二氧化碳腐蚀机理

干燥的CO

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气体本身是没有腐蚀性的，当溶解在水中时，CO

2

会促进

钢铁发生电化学腐蚀，有全面腐蚀也有局部腐蚀。

阳极反应

迄今为止，对CO

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过程中阳极反应还没有形成统一的认识。Waard[4]

认为在含有CO

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溶液中，阳极反应为：

Fe+OH-→FeOH+e (1a)

FeOH→FeOH++e (1b)

FeOH+→Fe2++OH- (1c)

总的阳极反应为Fe→Fe2++2e (1d)Davies[5]则提出了不同的阳极反应，即：

Fe+HO→Fe(OH)

2

Fe+HCO-→FeCO

2(s)

+2H++2e (2a)

+H++2e (2b)

3 3(s)

Fe(OH)+HCO-→FeCO+HO+OH- (2c)

2 3 3 2

而Ogundele[5]提出的阳极反应则是上述反应中的（1d）和（2b）。Nesic[7]

讨论了pH4、4pH5以及pH5的情况下，阳极溶解反应可能存在的中间反应和反应产物，认为会形成类似与 Fe(HCO)OH这样的中间产物。

3

Linter[8]认为最初形成的腐蚀产物为Fe(OH)，这样以来，阳极反应可以

2

表示成为（2a）或：

Fe+2OH-→Fe(OH)

2(s)

+2e (3a)

随后有Fe(OH)+CO→F