油气田的腐蚀与防护 ppt课件
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油气田的腐蚀与防护
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1
一、腐蚀的含义和类型
1、腐蚀的概念和形式
腐蚀特征
腐蚀
由物质与周 围环境作用 产生的损坏
腐蚀环境 腐蚀机理
全面腐蚀 局部腐蚀
化学介质腐蚀 大气腐蚀 海水腐蚀 土壤腐蚀 物理腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀
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应力腐蚀破裂 小孔腐蚀 晶间腐蚀 电偶腐蚀 选择性腐蚀 氢脆 细菌腐蚀 沉积腐蚀 其他腐蚀
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13
3.二氧化碳腐蚀常见形态
– 国际研究普遍认为：
CO2局部腐蚀有以下三种典型机理 – 台地状腐蚀 – 蜗旋状腐蚀 – 点状腐蚀 – 我们研究发现，腐蚀后试样表面呈现为图2.1所示的蜂窝状和 底 大口小的烧瓶型点状腐蚀
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15
4.微观腐蚀形态
（a）
闭塞电池效应很强：外大阴极，
孔内小阳极，促进腐蚀向深度方向 发展
（a）
（b）
图2.1 P110试样表面腐蚀产物膜结构和特征。（a）呈现蜂窝状腐 蚀，（b）口小底大烧瓶型
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5. 温度对二氧化碳腐蚀机理的影响
低温，腐蚀产物膜 中 温 ， 100oC 左 右 ，高 温 ， 约 大 于
少，均匀腐蚀
膜局部破裂，局部 150oC ， 膜 致 密 ，
CO2分压
CO2分压低于0.005MPa时，腐蚀可以忽略 CO2分压为0.021 MPa时，通常表示腐蚀将要发生。 CO2分压为0.021-0.21 MPa时，腐蚀可能发生。 CO2分压高于0.21 MPa时，发生腐蚀
介质中离子：Cl-、HCO3-、Ca2+、Mg2+ 腐蚀产物膜 流速、流型 材料
– 例如雅克拉气田一口气井由于油管腐蚀，着火72天，造成直接经济损失 3000万元，
– 又例如，塔里木某井，使用一年零9个月，油管就CO2腐蚀掉井，
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塔里木油田某井油管CO2腐蚀形貌图
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8
腐蚀的主要部位、腐蚀环境和腐蚀介质
1. 应重点关注的腐蚀易发生的部位 —石油管线和设备的腐蚀是油气田腐蚀最主要的部分 2. 腐蚀环境及腐蚀介质 —石油管线和设备的腐蚀分为内腐蚀和外腐蚀
2
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2. 海洋油气田的腐蚀环境和因素：
空气腐蚀
盐分大 湿度大
腐蚀速率比内陆高4~5倍 普通碳钢腐蚀速率：0.04mm/a 渤海平台上腐蚀速率：0.1mm/a
海水腐蚀
含3%~5%NaCl pH值为8左右 良好的电解质
普通碳钢在海水中的腐蚀速率 0.45mm/a
化学介质腐蚀
油气田采出液
（气）中的腐 蚀介质
» —— 高温和/或高压环境
» —— H2S、CO2、O2、Cl-和水分是主要腐蚀物质
» H2S、CO2、O2 是 腐蚀剂
» 水
是 载体
» Cl-
是 催化剂
– 就H2S、CO2和O2三种腐蚀剂来说，其腐蚀速率相对
关系如图所示。
大致比例关系为
CRO2 80 CRCO2 400 CRH2S
(1-1)
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几种典型腐蚀介质的腐蚀速率对比图
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三 二氧化碳腐蚀简介
1. 反应机理： 阳极反应机理 Fe=Fe2+ +2e
Fe + HCO3-=FeCO3 +2e+H+ Fe+CO32-=FeCO3 +2e 也有认为初始腐蚀产物为Fe(OH)2，或Fe(HCO3)2 Cr+ 3OH- =Cr(OH)3+ 3e
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腐蚀速率变化很大
4
3. 海洋油气田腐蚀状况：
油气田腐蚀介质
HH2SS
CCOO2
溶解盐类 酸
细菌
水
杂散电流 铁离子
凝析气相 原电池
Ca、Mg、Zn等的浓缩
Fra Baidu bibliotek
卤盐
油气田腐蚀构件
输送管线
套管
油管
钻杆
抽油杆
油罐
生产系统各设备
腐蚀形貌及部位
均匀腐蚀 点蚀 缝隙腐蚀 晶间腐蚀 腐蚀疲劳 焊缝腐蚀 刀状腐蚀 冲刷腐蚀 空泡腐蚀 冲蚀促进腐蚀 硫化物应力腐蚀开裂
阴极反应机理
2H+ +2e=H2
2HCO3- +2e=2CO3-+H2
2H2CO3 +2e= 2HCO3- +H2
2H2O +2e=2OH- +H2
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2. 二氧化碳腐蚀影响因素 温度
T<60℃ 均匀腐蚀 腐蚀速率较小 60℃<T<110℃ 局部腐蚀，腐蚀速率较大 T>120℃ 腐蚀速率很低
腐蚀严重
腐蚀速率低
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6. 流速对二氧化碳腐蚀速率的影响
低流速，膜致密， 中流速，膜局部破 高流速，膜完全冲
腐蚀速率低
裂，局部腐蚀严重 掉，均匀腐蚀
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四 硫化氢腐蚀简介
1. 腐蚀机理：
H2S在水中的离解： H2S H++SHSH- H++S2-
阳极反应：
Fe
Fe2++2e
℃ 、120 ℃ 时腐蚀速率最小； 材料暴露时间对腐蚀速率的影响：在硫化氢水溶液中，
碳钢和低合金钢的初始速率大约为0.7mm/a，但随着时 间的增长，腐蚀速率会逐渐减小； 流体流速对腐蚀速率的影响：较高的流速，腐蚀速率也 比较高。
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3. 硫化氢腐蚀形态： 氢鼓泡（HB）破坏： 氢致开裂（HIC）； 硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）； 应力导向氢致开裂（SOHIC）；
• 外腐蚀主要是管体外部遭受的大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀和地下 水腐蚀，以及杂散电流腐蚀和宏观电池腐蚀等；
• 内腐蚀主要是管体内部由于内部介质所导致的腐蚀，近年来日趋成为 研究的热点，主要有氧、二氧化碳、硫化氢。
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– 石油管内腐蚀的介质环境有三个显著特点：
» —— 气、水、烃、固共存的多相流腐蚀介质
阴极反反应：
2H++2e
Had+Had H2
Hab 向钢中渗透 阳极反应产物：
Fe2++S2-
FeS
Had为钢表面吸附的氢原子， Hab为钢中吸收的氢原子。
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2. 硫化氢腐蚀的影响因素：
硫化氢浓度：硫化氢浓度为200～400mg/L时，腐蚀速率 最高；
pH值：pH值小于6时，腐蚀速率高； 温度：温度在80 ℃ 时，腐蚀速率增大，当温度达到110
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二、油气田腐蚀的特点及类型
• 众所周知，油气田腐蚀往往造成 – 重大经济损失 – 灾难性事故 – 环境污染
• 例如图1.1所示 – LN204井，使用一年零9个月, P105油管由于CO2腐蚀 掉井，腐蚀的百孔千疮
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二氧化碳腐蚀的危害
– 调查结果表明，我国油田普遍存在着 严重的CO2腐蚀，且已造成巨大经 济损失
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一、腐蚀的含义和类型
1、腐蚀的概念和形式
腐蚀特征
腐蚀
由物质与周 围环境作用 产生的损坏
腐蚀环境 腐蚀机理
全面腐蚀 局部腐蚀
化学介质腐蚀 大气腐蚀 海水腐蚀 土壤腐蚀 物理腐蚀 化学腐蚀 电化学腐蚀
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应力腐蚀破裂 小孔腐蚀 晶间腐蚀 电偶腐蚀 选择性腐蚀 氢脆 细菌腐蚀 沉积腐蚀 其他腐蚀
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3.二氧化碳腐蚀常见形态
– 国际研究普遍认为：
CO2局部腐蚀有以下三种典型机理 – 台地状腐蚀 – 蜗旋状腐蚀 – 点状腐蚀 – 我们研究发现，腐蚀后试样表面呈现为图2.1所示的蜂窝状和 底 大口小的烧瓶型点状腐蚀
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4.微观腐蚀形态
（a）
闭塞电池效应很强：外大阴极，
孔内小阳极，促进腐蚀向深度方向 发展
（a）
（b）
图2.1 P110试样表面腐蚀产物膜结构和特征。（a）呈现蜂窝状腐 蚀，（b）口小底大烧瓶型
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5. 温度对二氧化碳腐蚀机理的影响
低温，腐蚀产物膜 中 温 ， 100oC 左 右 ，高 温 ， 约 大 于
少，均匀腐蚀
膜局部破裂，局部 150oC ， 膜 致 密 ，
CO2分压
CO2分压低于0.005MPa时，腐蚀可以忽略 CO2分压为0.021 MPa时，通常表示腐蚀将要发生。 CO2分压为0.021-0.21 MPa时，腐蚀可能发生。 CO2分压高于0.21 MPa时，发生腐蚀
介质中离子：Cl-、HCO3-、Ca2+、Mg2+ 腐蚀产物膜 流速、流型 材料
– 例如雅克拉气田一口气井由于油管腐蚀，着火72天，造成直接经济损失 3000万元，
– 又例如，塔里木某井，使用一年零9个月，油管就CO2腐蚀掉井，
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塔里木油田某井油管CO2腐蚀形貌图
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腐蚀的主要部位、腐蚀环境和腐蚀介质
1. 应重点关注的腐蚀易发生的部位 —石油管线和设备的腐蚀是油气田腐蚀最主要的部分 2. 腐蚀环境及腐蚀介质 —石油管线和设备的腐蚀分为内腐蚀和外腐蚀
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2. 海洋油气田的腐蚀环境和因素：
空气腐蚀
盐分大 湿度大
腐蚀速率比内陆高4~5倍 普通碳钢腐蚀速率：0.04mm/a 渤海平台上腐蚀速率：0.1mm/a
海水腐蚀
含3%~5%NaCl pH值为8左右 良好的电解质
普通碳钢在海水中的腐蚀速率 0.45mm/a
化学介质腐蚀
油气田采出液
（气）中的腐 蚀介质
» —— 高温和/或高压环境
» —— H2S、CO2、O2、Cl-和水分是主要腐蚀物质
» H2S、CO2、O2 是 腐蚀剂
» 水
是 载体
» Cl-
是 催化剂
– 就H2S、CO2和O2三种腐蚀剂来说，其腐蚀速率相对
关系如图所示。
大致比例关系为
CRO2 80 CRCO2 400 CRH2S
(1-1)
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几种典型腐蚀介质的腐蚀速率对比图
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三 二氧化碳腐蚀简介
1. 反应机理： 阳极反应机理 Fe=Fe2+ +2e
Fe + HCO3-=FeCO3 +2e+H+ Fe+CO32-=FeCO3 +2e 也有认为初始腐蚀产物为Fe(OH)2，或Fe(HCO3)2 Cr+ 3OH- =Cr(OH)3+ 3e
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腐蚀速率变化很大
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3. 海洋油气田腐蚀状况：
油气田腐蚀介质
HH2SS
CCOO2
溶解盐类 酸
细菌
水
杂散电流 铁离子
凝析气相 原电池
Ca、Mg、Zn等的浓缩
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卤盐
油气田腐蚀构件
输送管线
套管
油管
钻杆
抽油杆
油罐
生产系统各设备
腐蚀形貌及部位
均匀腐蚀 点蚀 缝隙腐蚀 晶间腐蚀 腐蚀疲劳 焊缝腐蚀 刀状腐蚀 冲刷腐蚀 空泡腐蚀 冲蚀促进腐蚀 硫化物应力腐蚀开裂
阴极反应机理
2H+ +2e=H2
2HCO3- +2e=2CO3-+H2
2H2CO3 +2e= 2HCO3- +H2
2H2O +2e=2OH- +H2
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2. 二氧化碳腐蚀影响因素 温度
T<60℃ 均匀腐蚀 腐蚀速率较小 60℃<T<110℃ 局部腐蚀，腐蚀速率较大 T>120℃ 腐蚀速率很低
腐蚀严重
腐蚀速率低
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6. 流速对二氧化碳腐蚀速率的影响
低流速，膜致密， 中流速，膜局部破 高流速，膜完全冲
腐蚀速率低
裂，局部腐蚀严重 掉，均匀腐蚀
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四 硫化氢腐蚀简介
1. 腐蚀机理：
H2S在水中的离解： H2S H++SHSH- H++S2-
阳极反应：
Fe
Fe2++2e
℃ 、120 ℃ 时腐蚀速率最小； 材料暴露时间对腐蚀速率的影响：在硫化氢水溶液中，
碳钢和低合金钢的初始速率大约为0.7mm/a，但随着时 间的增长，腐蚀速率会逐渐减小； 流体流速对腐蚀速率的影响：较高的流速，腐蚀速率也 比较高。
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3. 硫化氢腐蚀形态： 氢鼓泡（HB）破坏： 氢致开裂（HIC）； 硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）； 应力导向氢致开裂（SOHIC）；
• 外腐蚀主要是管体外部遭受的大气腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀和地下 水腐蚀，以及杂散电流腐蚀和宏观电池腐蚀等；
• 内腐蚀主要是管体内部由于内部介质所导致的腐蚀，近年来日趋成为 研究的热点，主要有氧、二氧化碳、硫化氢。
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– 石油管内腐蚀的介质环境有三个显著特点：
» —— 气、水、烃、固共存的多相流腐蚀介质
阴极反反应：
2H++2e
Had+Had H2
Hab 向钢中渗透 阳极反应产物：
Fe2++S2-
FeS
Had为钢表面吸附的氢原子， Hab为钢中吸收的氢原子。
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2. 硫化氢腐蚀的影响因素：
硫化氢浓度：硫化氢浓度为200～400mg/L时，腐蚀速率 最高；
pH值：pH值小于6时，腐蚀速率高； 温度：温度在80 ℃ 时，腐蚀速率增大，当温度达到110
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二、油气田腐蚀的特点及类型
• 众所周知，油气田腐蚀往往造成 – 重大经济损失 – 灾难性事故 – 环境污染
• 例如图1.1所示 – LN204井，使用一年零9个月, P105油管由于CO2腐蚀 掉井，腐蚀的百孔千疮
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二氧化碳腐蚀的危害
– 调查结果表明，我国油田普遍存在着 严重的CO2腐蚀，且已造成巨大经 济损失