1、 春风油田污水管线腐蚀规律与机理研究 摘 要 本文结合春风油田污水管线腐蚀的实际环境，利用实验室的高温高压反应釜进行实验模拟，通过静态挂片失重法测量 20#钢材在氧含量、Cl-、Ca2+等条件下的腐蚀速率，然后通过观察微观形貌、表征腐蚀产物，得出试样在不同腐蚀条件下的腐蚀规律及机理，最终目的是对油田污水系统中复杂的工况环境做出腐蚀评价。当氧含量为 0.1 mg/L 时，钢材表面有明显腐蚀，随氧含量的增加腐蚀速率线性增加；Ca2+浓度的增加会导致试样腐蚀加重，当其浓度达到 22 g/L 时，试样主要发生垢下腐蚀，最终在试样的表面形成腐蚀坑；主导因素是 Cl-，氯离子的浓度提高一倍，腐蚀速率增加一
2、倍以上；腐蚀产物主要成分为 Fe2O3和 Fe3O4；管道失效类型为垢下穿孔腐蚀。通过本文的研究，Cl-为腐蚀主导因素，所以春风油田在污水管线的防护方面应着重注意氯离子对管线的影响。关键词：关键词：20#钢；管线腐蚀；失重腐蚀试验；腐蚀规律 Study on the corrosion regularity and mechanism of sewage pipeline in chunfeng oilfield Abstract This article combines the actual environment of effluent pipeline corrosion in Chu
3、nfeng Oilfield,uses laboratory high-temperature and high-pressure reactors to carry out experimental simulation,and measures the corrosion rate of 20#steel under the condition of oxygen content,Cl-,Ca2+,etc.through static coupon weightlessness method,and then passes Observe the micro-morphology,char
4、acterize the corrosion products,and obtain the corrosion law and mechanism of the sample under different corrosion conditions.The ultimate goal is to make corrosion evaluation of the complex working environment in the oil field sewage system.When the oxygen content is 0.1 mg/L,there is obvious corro
5、sion on the steel surface,and the corrosion rate increases linearly with the increase of oxygen content;the increase of Ca2+concentration will cause the corrosion of the sample to increase.When the concentration reaches 22 g/L,the sample is mainly Under-scale corrosion occurs,and eventually an etchi
6、ng pit is formed on the surface of the sample;the dominant factor is Cl-,the concentration of chloride ions doubles,the corrosion rate more than doubles;the main components of corrosion products are Fe2O3 and Fe3O4;the type of pipeline failure is scale Under the piercing corrosion.Through the study
7、of this paper,Cl-is the dominant factor of corrosion,so Chunfeng Oilfield should pay attention to the effect of chloride ion on pipelines in the protection of sewage pipelines.Keywords:Pipeline corrosion；Weightlessness corrosion test；Corrosion inhibitor；Corrosion law 目 录 第 1 章 前言.1 1.1 注水采油工艺简介.1 1.
8、2 油田污水管线腐蚀研究.1 1.2.1 管线失效类型.1 1.2.2 管线腐蚀的影响因素.2 1.2.3 管线腐蚀的危害.4 1.2.4 管线腐蚀的防护.5 1.3 研究内容与意义.5 第 2 章 试验设备与方法介绍.7 2.1 试验材料及仪器.7 2.1.1 试验材料.7 2.1.2 试验仪器.7 2.2 腐蚀失重试验.8 2.3 XRD 实验.10 第 3 章 现场腐蚀状况评价.12 3.1 水质分析.12 3.2 现场腐蚀试样.12 第 4 章 腐蚀规律与机理研究.15 4.1 腐蚀因素评价.15 4.1.1 氧含量对腐蚀速率的影响.15 4.1.2 Cl-对腐蚀速率的影响.16 4.
9、1.3 Ca2+对腐蚀速率的影响.18 4.2 腐蚀产物分析及机理研究.19 4.2.1 氧腐蚀机理.19 4.2.2 氯离子腐蚀机理.19 4.2.3 垢下腐蚀机理.20 4.3 小结.21 第 5 章 结论.22 致 谢.23 参考文献.24 第 1 章 前言 1 第 1 章 前言 1.1 注水采油工艺简介 注水采油1，是指在油田开发过程当中，通过打专门的注水井向油层中注水，以此来保持或补充地层能量，提高驱油效率的同时稳定油井的生产能力，以此来减少油田开发所需的时间年限同时也可以增加油田的最终采收率。简而言之，就是向油层中注水，以水换油。注水采油工艺相比于传统开采方式具有产量高、驱油效率高
10、、容易控制、采收率高、经济效益好等优点，因此目前我国的各大主要油田大都利用注水采油工艺来提高原油的开采速度以及采收率。这就导致油田的需水量巨大，同时考虑到对水资源的充分利用以及对成本的控制，油田中注入水的质量自然劣于优质水，甚至有的还是工业废水。由于油田注入水的质量非常不好，其中含有大量硫酸盐氧化还原菌以及复杂的离子组分等物质，在最终的污水处理过程中，会对油田污水管线造成非常严重的腐蚀问题。油田污水管线的腐蚀问题2-3不仅会引发油田生产安全的隐患进而造成重大的经济损失，而且也能够造成非常严重的自然环境污染，再加上如果处理不及时，就会造成更加严重的安全事故，所以对油田污水管线腐蚀规律与机理的研究
11、就显得尤为重要。1.2 油田污水管线腐蚀研究 经由多道处理工艺最终到达污水管线的油田污水4因其具有比较高的水温、高矿化度、复杂的离子组分、多样性的有机物以及不稳定的水质，极易导致钢制管线腐蚀，对设备的安全运行造成极大的危害。因此，通过研究油田污水管线的腐蚀问题，可以为得到有效的解决办法提供指导性意见，进一步对石油工业的安全生产、成本的降低以及经济效益的提升等方面具有很大的意义。1.2.1 管线失效类型 管线腐蚀5-7是指金属管线与周围介质发生化学、电化学或物理作用而形成金属化合物，导致破坏原始结构的一种现象。管线失效的类型有很多，按照腐蚀原理的不同可以将管线腐蚀分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐
12、蚀三类；根据腐蚀破坏而导致的不同形貌特征又可以将管线腐蚀分为全面腐蚀和局部腐蚀两类。（1）全面腐蚀：是指暴露于含有一种或多种腐蚀介质组成的腐蚀环境当中，在整个第 1 章 前言 2 金属管线表面上发生的腐蚀为全面腐蚀，也可称为均匀腐蚀，即在整个金属表面以几乎相同的速率进行腐蚀，最终导致金属变薄直至失效。比如金属锌浸没在稀硫酸溶液中的腐蚀，还有某些功能材料在大气当中的腐蚀也都是全面腐蚀。对于全面腐蚀速率的评价8，大多是以单位面积、时间的失重或是年失厚表示。全面腐蚀通常会造成大量的金属损失，报废的金属都是用吨数计，所以这是最为重要的一种腐蚀类型，但是这类型的腐蚀并不会造成恐慌，通常也不会引发突然事故
13、。（2）局部腐蚀：是指在腐蚀环境当中，金属管线表面的某一区域发生腐蚀，而其他部分几乎没有被腐蚀破坏的现象称为局部腐蚀。比如孔蚀导致金属制品穿孔而报废，还有晶间腐蚀能够使晶粒间失去结合力而导致金属强度下降被破坏。局部腐蚀造成的金属失重不大，但是因其局部区域的腐蚀现象严重，所以危害极大。（3）化学腐蚀：是指金属管线表面与其周围介质之间只发生化学反应进而导致的金属管线破坏。比如金属在非电解质溶液中的的腐蚀，还有金属在高温下发生氧化反应导致的腐蚀都是化学腐蚀。（4）电化学腐蚀：是金属管线表面与其周围电解质溶液因发生电化学反应而对金属管线造成损害的现象。在电化学腐蚀过程中9，包含一个金属离子进入溶液同时
14、释放电子的氧化过程以及一个氧化剂吸收电子的还原过程，这是两个彼此独立而且在金属表面的两个不同区域同时发生的反应，在腐蚀过程中伴随有电流的产生。（5）物理腐蚀：金属管线只发生物理溶解时造成的金属破坏。比如，钢容器被盛放熔融状态的锌腐蚀而逐渐变薄。1.2.2 管线腐蚀的影响因素 在油田污水管线腐蚀过程中，由于油田中的采油污水具有含盐量大、电导率高、腐蚀性离子活性强的特点，并且还含有一定量的 O2等腐蚀性气体，促进了金属的电化学腐蚀，同时温度对腐蚀也有显著影响。因此，研究各个因素对管线腐蚀的具体影响10，明确其腐蚀机理，是解决腐蚀问题的首要步骤。下面总结了污水管线腐蚀中常见的腐蚀影响因素。（1）Cl
15、-离子 氯离子因其具有较高的极性和穿透性，能够在金属管线内表面优先吸附。所以氯离子对管线腐蚀的影响，主要是通过氯离子不均匀地吸附在金属管线表面局部的某些点上，从而导致吸附部位的金属表面得到活化而造成局部破坏，形成孔蚀。孔蚀11一旦发生，这将导致金属表面处不同部位区域的阳极电流密度和阴极电流密度的不平衡，使得不同第 1 章 前言 3 金属表面的阳极溶解速率发生改变，并且产生孔蚀部分的阳极溶解速率要比其他未受损的表面大得多。而且，伴随着腐蚀反应过程的不断进行，这种不同部位金属表面的阳极溶解行为差异越来越大，当 Cl-离子浓度越高时，局部活化点就越多，金属管材表面的溶解面积就越大，进而使得阴极过程加
16、速，促使孔蚀的迅速发展。（2）Ca2+、Mg2+离子 根据研究12-13发现，油田污水中Ca2+离子浓度较高时，它能与污水中的CO32-和SO42-离子迅速反应生成 CaCO3和 CaSO4沉淀附着在金属管线的内表面，当形成的沉淀膜是致密的，则具有一定的保护作用，否则依旧会引发管线腐蚀。而在大多数情况下，该种沉淀膜是局部附着并且不够致密，同时与金属管线的结合力不强，所以不仅不能阻挡腐蚀性介质对金属管线的作用，反而还增大了金属管线内表面的不均匀性，导致腐蚀加剧。随着金属管线内表面 CaCO3和 CaSO4沉淀越来越多，腐蚀微电池越多，腐蚀程度越大。同理，Mg2+离子可以与污水中的 CO32-和 OH-离子迅速反应生成 MgCO3和 Mg(OH)2沉淀引发管线腐蚀。（3）氧含量 在污水中氧含量的多少决定了金属管线的腐蚀程度，当溶解氧含量较高时，会在金属管线内表面形成保护性氧化膜而减弱腐蚀；当氧含量较低时，污水管线的内表面几乎很难形成保护性的氧化膜，此时金属腐蚀加速。根据研究发现，金属管线材料在中性水溶液当中的溶解氧腐蚀反应过程为：阳极反应：FeFe2+2e (1-1)阴极反应：O2+2H2
