油田防腐蚀

在油田高含水开发后期，油田开发还面临着综合含水率上升、自然递减率上升、储采失衡等诸多矛盾，给百年油田的可持续发展带来了严峻的挑战。要想解决这一问题，除了在勘探上要有重大突破之外，还必须在开发上最大限度地提高油田采收率。对井下金属管柱的腐蚀相当严重，而且随井深、井温增加，腐蚀活性不断增强，不仅给油田的持续采油造成困难，而且带来了严重的经济损失。因此，解决油田三元复合液对金属管柱的腐蚀是刻不容缓的问题。

腐蚀是指物体表面与周围介质发生了化学反应或电化学反应而受到损坏的

现象，主要是指金属腐蚀。金属腐蚀[5,6]，不仅是巨大的浪费，而且给国民经济与人民生命财产带来了严重的损失。据统计表明，全世界每年因腐蚀造成的损失高达700 多亿美元，是其它自然灾害损失总和的6 倍；美国每年约有4000万吨钢铁因腐蚀而报废，约占其年产量的40%；据日本防腐防锈技术协会的调查，日本钢铁因腐蚀造成的直接损失每年约2 兆5000 亿日元[7]；我国因腐蚀造成的直接经济损失约占同期工农业生产总值的2.3%，每年金属腐蚀损失量约占当年金属产量的1/10，数字惊人[8]。光明日报[9]曾报道我国每年的腐蚀损失是2800 亿元，其中石化系统的损失(不含事故损失)为400 亿，按照国民生产总值4%的损失量计算，我国每年将有近4000 亿元的腐蚀损失。金属腐蚀造成的损失是巨大的，而无论现在乃至将来，金属材料以其优良的机械性能和工艺性能仍将在材料领域占有重要地位，因此研究金属的腐蚀防护方法以控制金属的腐蚀,从而减少腐蚀造成的损失,对国民经济发展具有重要意义[10]。

金属的腐蚀破坏一般具有以下二个特点：一是破坏总是从金属表面开始，然后或快、或慢向深层深入。二是在大多数场合下金属的腐蚀破坏与外形改变往往同时发生，因此会影响金属设备的连续使用和安全。为此了解腐蚀机理，控制腐蚀速度，同时采取有效的防腐蚀措施，延长金属设备的使用期限以及扩大其应用范围，具有非常重要的意义。

目前金属腐蚀的类型按机理主要分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀三种：(1) 化学腐蚀

化学腐蚀是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。其

反应历程的特点是金属表面的原子与非电解质中的氧化剂直接发生氧化还原反应，形成腐蚀产物。腐蚀过程中电子的传递是在金属与氧化剂之间直接进行的，因而对外不表现出有电流的产生。纯化学腐蚀的情况并不多，主要为金属在无水的有机液体和气体中腐蚀以及在干燥气体中的腐蚀。

(2) 电化学腐蚀

电化学腐蚀是指金属表面与离子导电介质(电解质)发生电化学反应而引起

的破坏。任何以电化学机理进行的腐蚀反应至少包含有一个阳极反应和一个阴极反应，并以流过金属内部的电子流和介质中的离子流形成回路。阳极反应是氧化过程，即金属离子从金属转移到介质中并放出电子，阴极反应为还原过程，即介质中的氧化剂组分吸收来自阳极的电子的过程[12]。例如，碳钢在酸中腐蚀时，在阳极区铁被氧化为Fe2+离子，所放出的电子由阳极(Fe)流至钢中的阴极(Fe3C)上，被H+离子吸收而还原成氢气，即：

阳极反应：Fe Fe2++ 2e (1-1) 阴极反应：2H+ + 2e H2↑(1-2)

总反应：Fe + 2H + Fe2++ H2 ↑(1-3) 与化学腐蚀不同，电化学腐蚀的特点在于，它的腐蚀历程可分为两个相对独立并可同时进行的过程。由于在被腐蚀的金属表面上存在着阳极区和阴极区，腐蚀反应过程中电子的传递可通过金属从阳极区流向阴极区，其结果必有电流产生。这种原电池称为腐蚀电池。这种因电化学腐蚀而产生的电流与反应物质的转移可通过法拉弟定律定量地联系起来。

电化学腐蚀是最普遍、最常见的腐蚀。金属在大气、海水、土壤和各种电

解质溶液中的腐蚀都属电化学腐蚀。

(3) 物理腐蚀

物理腐蚀是指金属由于单纯的物理溶解作用而引起的破坏。熔融金属中的

腐蚀就是固态金属与熔融态金属(如铅、锌、钠、汞等)相接触引起的金属溶解或开裂。这种腐蚀不是由于化学反应，而是由于物理溶解作用形成合金或液态金属渗入晶界造成的。

金属由于腐蚀而遭受破坏的形式多种多样，引起金属腐蚀的原因也各不相

同并且非常复杂。因此，根据金属设备、构件等所处的环境不同而采取的防腐蚀措施也多种多样。

在实际应用中较为广泛采用的防腐技术主要有以下几种[13,14]：

(1) 合金化处理：在某些常用工程金属的冶炼过程中加入少量的惰性金属

或非金属，从而改变其结晶形态或化学活性，以提高其耐腐蚀性能或钝化能力。

(2) 介质处理：即除去或减小金属材料所处环境中的腐蚀因素，如调节介

质的PH、锅炉中的除氧等。

(3) 电化学保护：主要包括阴极保护和阳极保护。阴极保护即是利用电化

学原理将被保护的金属材料进行外加阴极极化以降低或防止金属的腐蚀。阳极极化即是对于易钝化的金属材料而言，可采用外加阳极电流的方法促使被保护的金属材料达到阳极钝化形成钝化层，从而降低金属材料的腐蚀。

(4) 添加缓蚀剂：向金属材料所处的介质中添加少量能阻止或减缓金属腐

蚀的无机或有机物质，从而达到保护金属材料的目的。该方法所用的缓蚀剂防腐类型主要包括阴极型、阳极型和混合型三种[15]。

(5) 金属表面进行覆盖层处理：在金属材料表面喷、衬、镀或涂上一层耐

蚀性、阻隔性较好的金属或非金属物质，使金属材料表面不与腐蚀介质相接触，从而达到防腐的目的。

在各种防腐技术中，涂料防腐蚀技术应用最广泛[16]。首先，它施工简便，适应性广，不受设备面积、形状的约束，重涂和修复方面费用低；其次，涂料防腐可与其它防腐蚀措施联合使用(如阴极保护等)，从而可获得较完善的防腐系统。涂料的最大缺陷是不能抵御强烈腐蚀介质，强度低。但是只要涂料品种配套体系选择恰当，涂料防腐仍然是一种最简便、最有效、最经济的防腐蚀措施。在防腐工程中，涂料不但用于设备的外表，也广泛地应用在设备内表面。据日本腐蚀和防腐蚀协会调查表明，在涂料、金属表面处理耐腐蚀材料、防锈油、缓蚀剂、电化学保护、腐蚀研究等七大防腐技术投资中，涂料防腐蚀投资的经费占62.5%，由此可见涂料防腐的重要地位和研究开发的活跃程度。

防腐涂料应该具备下列特点：

(1) 高耐蚀性，即不被腐蚀介质溶胀、溶解、破坏、或分解并处于稳定状

态；

(2) 高耐候性，即适应户外环境温度的变化和具有较好的抗紫外光能力；

(3) 高耐久性，即涂层使用寿命要长；

(4) 涂膜层较厚以使涂层的透气性和渗水性小。

国外金属防腐涂料的研究现状

随着国外在环境保护上的重视，涂料的发展以无污染、无公害、节省能

源、经济高效为原则，发展迅速的是无公害或少公害的涂料产品及防腐性能优异的品种[17]。以下几类涂料发展较快：