油田中的二氧化碳腐蚀VIP免费

油田中的二氧化碳腐蚀CO2是油田生产中常见的腐蚀介质，油田单井、流程、海管中介质含有CO2均可能产生CO2腐蚀，尤其是流体含水量超过30%的情况下。CO2通常状况下是一种无色、无臭、无味无毒的气体，能溶于水，在25℃溶解度为0.144g（100g水）。密度约为空气的1.5倍。干燥的CO2气体本身是没有腐蚀性的，但CO2溶于水后对钢铁材料具有比较强的腐蚀性。CO2较容易溶解在水中，而在碳氢化合物（如原油）中的溶解度则更高，气体CO2与碳氢化合物的体积比可以达到3：1。当CO2溶解在水中时，会促进钢铁发生电化学腐蚀。CO2腐蚀除产生均匀腐蚀外，在大多数情况下产生局部腐蚀损伤。根据CO2腐蚀的不同腐蚀破坏形态，能提出不同的腐蚀机理。以CO2对钢铁和含铬钢的腐蚀为例，有全面腐蚀，也有局部腐蚀。根据介质温度的不同，腐蚀的发生可以分为三类：在温度较低时，主要发生金属的活泼溶解，对碳钢主要发生金属的溶解，为全面腐蚀，而对于含铬钢可以形成腐蚀产物膜；在中间温度区间，两种金属由于腐蚀产物在金属表面的不均匀分布，主要发生局部腐蚀，如点蚀等；在高温时，无论碳钢和含铬钢，腐蚀产物可以较好地沉淀在金属表面，从而抑制金属的腐蚀。1.二氧化碳全面腐蚀机理二氧化碳腐蚀是气体二氧化碳溶解于水中所产生的电化学腐蚀。首先环境中的二氧化碳溶解于水中并形成碳酸。然后碳酸经过两步电离，使溶液呈现酸性。𝐶𝑂2+𝐻2𝑂⇌𝐻2𝐶𝑂3𝐻2𝐶𝑂3⇌𝐻++𝐻𝐶𝑂3−𝐻𝐶𝑂3−⇌𝐻++𝐶𝑂32−在含有二氧化碳的腐蚀溶液中，钢铁材料的阳极反应为：𝐹𝑒→𝐹e2++2𝑒−阴极反应为：2𝐻++2𝑒−→𝐻2↑总的腐蚀反应为：𝐶𝑂2+𝐻2𝑂+𝐹𝑒→𝐹𝑒𝐶𝑂3+𝐻2由总反应式可知，阳极溶解的铁离子和溶液中碳酸根离子形成𝐹𝑒𝐶𝑂3，𝐹𝑒𝐶𝑂3为规则的块状附着在金属表面。当金属表面形成𝐹𝑒𝐶𝑂3腐蚀膜后，这种腐蚀膜没有明显的保护性。在较高温度情况下，由于增大了钢铁表面初始的𝐹e2+溶出速率而在钢铁表面生成致密的保护膜，该层膜结晶致密，可以阻止钢铁的进一步腐蚀。同时在高温100℃环境下，会发生化学腐蚀，腐蚀产物的形成对腐蚀过程有一定的阻滞作用。2.二氧化碳局部腐蚀机理二氧化碳的局部腐蚀现象主要包括点蚀、台地侵蚀、流动诱导局部腐蚀等。二氧化碳的腐蚀破坏往往是由局部腐蚀造成的。这些腐蚀形态的形成与CO2腐蚀环境的具体条件有关，也与其起始的腐蚀损伤与点腐蚀有关。在金属表面大部分区域，腐蚀产物膜和试样表面紧密接触，腐蚀介质难以穿过膜层到达金属表面，金属处于相对钝态，而在最靠近试样表面的腐蚀产物膜不完整的缝隙，或局部PH值低与高氯离子浓度的地方表面产生破坏，腐蚀介质可到达金属表面，这些区域便成为电化学反应的阳极，而其他处于钝化态的金属表面便成为阴极，形成宏观腐蚀电池效应。这种小阳极大阴极腐蚀将使金属在很短时间内形成严重的局部腐蚀区，同时在膜中孔隙处及腐蚀坑底部，腐蚀介质不流通还可引起自催化腐蚀反应而加剧局部腐蚀，导致金属表面点腐蚀。如果点腐蚀在各个方向的生长速度相同，则腐蚀损伤胃形状接近半球形的腐蚀坑。如果腐蚀坑的四周处于钝化态，腐蚀坑底处于活化态，则形成细而深的腐蚀坑。对凝析气井的金属管道，含CO2天然气中的水分凝结在金属表面，先形成点腐蚀，而受气流和凝结水滴形状的影响，腐蚀在顺流速的方向生长的速率比较高，则形成癣状腐蚀。在流动的液态或气态环境中，当腐蚀坑形成后，腐蚀坑四周的腐蚀速率高于腐蚀坑底的生长速率，则腐蚀坑形成后向四周生长，形成台地腐蚀损伤。在流动性腐蚀溶液中，流动的介质可进入腐蚀坑，减轻腐蚀坑内的闭塞电池效应和自催化作用，使腐蚀坑发展速率显著降低。流体对腐蚀坑的机械作用，使腐蚀坑壁的腐蚀产物膜脱落失去保护作用，腐蚀坑壁发展形成台地，在台地上又可产生腐蚀坑，又会形成新的台地。如果当介质流速很高或在管道的弯头部位，流体对腐蚀坑壁产生很大的机械作用时，则产生冲刷腐蚀。在含CO2的介质中，腐蚀产物FeCO3、垢CaCO3或其他的生成物膜在钢铁表面不同的区域覆盖度不同，不同覆盖度的区域之间形成了具有很强自催化特性的腐蚀电偶或闭塞电池。CO2的局部腐蚀就是腐蚀电偶作用的结果。2.1...