油气开发中的COVIP免费

收到初稿:2001206228;收到修改稿:2001209206作者简介:王凤平,男,1962年生,博士,副教授Tel:010-62333931(Off.),010-62390318(h)E-mail:Wang-fp@sohu.com油气开发中的CO2腐蚀王凤平1李晓刚1,2杜元龙2(11北京科技大学材料科学与工程学院腐蚀与防护中心北京100083;21中国科学院金属研究所金属腐蚀与防护国家重点实验室沈阳110016)摘要综述了油气开发中的CO2腐蚀特点、机理及预测模型.CO2腐蚀是一种典型的局部腐蚀,腐蚀产物(FeCO3)或结垢产物(CaCO3)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,CO2的局部腐蚀就是这种腐蚀电偶作用的结果.建立CO2腐蚀速率预测模型对于油井管和集输管线的抗腐蚀设计具有重要意义.关键词综述CO2腐蚀腐蚀机理油气开发中图分类号TG174.2文献标识码A文章编号100226495(2002)0420223204AREVIEWONCARBONDIOXIDECORROSIONOFSTEELINOILFIELDEXPLOITATIONWANGFengping1,LIXiaogang1,2,DUYuanlong2(11MaterialScienceandEngineeringSchool,USTBeijing,100083;21StateKeyLaboratoryforCorrosionandProtection,Shenyang,110016)ABSTRACTThepaperreviewsthefeatures,themechanismandtheforecastmodelofCO2corrosioninoilandgasexploitation.Generally,CO2corrosionisatypicallocalizedcorrosion,whichcausesaseri2ouseconomyloss.Thecorrosionproduct(FeCO3)orscale(CaCO3)depositedondifferentareasofsteel.Withdifferentcoverage,differentareasformsomecorrosioncoupleswithself-catalyticfeature.ItisthecorrosioncouplesthatresultinCO2localizedcorrosion.ItisofgreatsignificancetoestablishaforecastmodelofCO2corrosionforprotectionoftubesanddesignofanti-corrosioninoilfield.KEYWORDSreview,CO2corrosion,corrosionmechanism,oilandgasexploitation1CO2腐蚀的严重性CO2通常作为油气伴生气或天然气的组分之一存在于油气中,此外,原油增产技术中的注CO2强化开采工艺(EOR),也使CO2带入原油的钻采集输系统.因此,油气工业中广泛存在着CO2.CO2溶于水对钢铁有极强的腐蚀性.在同样的pH下,由于CO2的总酸度比HCl高,因此它对钢铁的腐蚀比HCl还要严重[1].CO2的腐蚀可能使油气井的寿命下降到18个月,甚至6个月[2].低碳钢的腐蚀速率可达3mm/a～6mm/a,甚至7mm/a[3].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,并造成严重的后果.例如,1988年,英国北海油田阿尔法海洋平台由于原油中含有1.5%～3%的CO2,并含有(6～12)×104mmol/mol的Cl-离子,同时由于飞溅带苛刻的腐蚀条件,使得103″4的APIX50高温立管投入使用仅两个月,就腐蚀得薄如纸页,引起爆炸、燃烧和人身伤亡事故.华北油田镏58井由于CO2将油管腐蚀得千疮百孔,形同筛网,仅使用18个月就不得不报废.进入90年代以来,由于CO2腐蚀引发的油气生产中的事故越来越多,我国西部油田也陆续发生一些由CO2引发的腐蚀破坏事故,如塔里木油田Ln204井P105油管使用仅1年零9个月就由于CO2腐蚀而掉井.此外,CO2对抽油杆和四通等部件严重的局部腐蚀也屡见报道.由于油气生产中CO2腐蚀的严重性,CO2腐蚀越来越成为研究的热点,近几年的NACE国际腐蚀第14卷第4期2002年7月腐蚀科学与防护技术CORROSIONSCIENCEANDPROTECTIONTECHNOLOGYVol114No14Jul12002©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.会议、石油生产腐蚀控制委员会(T-1委员会)都将CO2腐蚀列为重要议题进行讨论.2CO2的腐蚀机理钢铁在CO2水溶液中腐蚀基本过程为[1,4]:腐蚀的阳极反应Fe→Fe2++2e腐蚀的阴极反应主要有两种观点(1)非催化的氢离子阴极还原反应H3O++e→H(吸附)+H2O(2)表面吸附CO2ad的氢离子催化还原反应CO2(溶液)→CO2(吸附)CO2(吸附)+H2O→H2CO3(吸附)H2CO3(吸附)+e→H(吸附)+HCO-3(吸附)HCO-3(吸附)+H3O+→H2CO3(吸附)+H2O支持后一机理的试验结果还表明:(1)不同金属材料有不同的催化活性,因而腐蚀速率也不同;(2)在一定的pH范围内(pH=4～6),pH对阴极反应速率没有明显影响.工程用钢表面总有高温氧化轧皮、锈层和在含CO2介质中的腐蚀产物膜,其腐蚀过程不同于裸钢表面的腐蚀.因...