油气田腐蚀与防腐技术(8.13)

二、腐蚀原因、类型 一、腐蚀造成损失及危害 五、中原油田 防腐工艺技术 三、腐蚀机理及影响因素 四、 腐蚀控制技术 美、英、日等经济发达国家统计表明，腐蚀经济损失其数值可占各国国民生产总值的 4%。 2002年美国公布的涉及 26个行业腐蚀调查结果，直接经济损失高达 2760亿美元。 腐蚀造成损失及危害 腐蚀造成损失及危害 中国 2001年因腐蚀造成的损失约为 4000亿人民币，损耗钢材 1500多万吨。 石油石化行业的腐蚀也很严重，其腐蚀造成的损失约占行业总产值的 6%，每年损 失约 700亿人民币。 特别石油上游企业。 石油上游企业 分布广 工艺复杂 成熟的防腐工艺得不到应用 腐蚀造成损失及危害 井筒管柱 腐蚀造成损失及危害 井下电缆 腐蚀造成损失及危害 抽油泵柱塞 腐蚀造成损失及危害 封隔器 腐蚀造成损失及危害 2#罐罐壁 腐蚀造成损失及危害 集输管线 腐蚀造成损失及危害 加热盘管 中原油田分公司采油工程技术研究院 腐蚀造成损失及危害 近三年中原油田采油系统腐蚀 年平均 损失 7700多万元 。由于腐蚀造成工艺措施不能有效发挥作用的损失更大。 二、腐蚀原因、类型 一、腐蚀造成损失及危害 五、中原油田 防腐工艺技术 三、腐蚀机理及影响因素 四、 腐蚀控制技术 腐蚀原因 依据热力学的观点，绝大多数金属都具有与周围介质发生作用转入氧化态的倾向腐蚀。 自由能降低，系统（体系）稳定性增强。 腐蚀类型 化学腐蚀 电学腐蚀 均匀腐蚀 局部腐蚀 腐蚀类型 化学腐蚀多 发生在非电解质溶液中或干燥气体 中，腐蚀过程中 无电流 产生，腐蚀产物直接生成在腐蚀性介质接触的金属表面。 例如，电气、机械设备的金属与绝缘油、润滑油、液压油以及干燥空气中的 0 、 、 金属表面生成相应的氧化物、硫化物、氯化物等。影响化学腐蚀的因素 :金属的本性、腐蚀介质的浓度、温度。 化学腐蚀 单纯由化学作用而引起的腐蚀为化学腐蚀。 腐蚀类型 化学腐蚀 2 302 320 32 再如，原油中多种形式的有机硫化物，如二硫化碳、噻吩、硫醇等也会与金属材料作用而引起输油管容器和其他设备的化学腐蚀。 腐蚀类型 电学腐蚀 当金属与电解质溶液接触时，由于电化学作用而引起的腐蚀叫做电化学腐蚀。其腐蚀原理与化学腐蚀 不同 ,它是以不同的金属 (或导电非金属 )为两极形成腐蚀电池的结果 。 金属的电化学腐蚀的机理与 原电池 原理相同，通常把腐蚀中的电池，称为腐蚀电池；同时把腐蚀电池的负极 (失电子的电极 )称为阳极，把正极 (得电子的电极 )称为阴极。 腐蚀类型 电学腐蚀 腐蚀类型 电学腐蚀 腐蚀类型 均匀腐蚀 电化学腐蚀发生在整个金属表面称为均匀腐蚀。目前的腐蚀预测软件也主要是针对均匀腐蚀开发的，均匀腐蚀较容易预测和预防，例如增加壁厚，留有腐蚀裕量。可以看出，均匀腐蚀不属于严重的腐蚀工况。 腐蚀类型 局部腐蚀 晶间腐蚀、缝隙腐蚀 电偶腐蚀、氢损伤、细菌腐蚀、杂散电流腐蚀 小孔腐蚀、选择性腐蚀 应力腐蚀、磨损腐蚀 定义 局部腐蚀是 指金属表面局部区域的腐蚀破坏比其余表面大得多，从而形成坑洼、沟槽、分层、穿孔、破裂等破坏形态。 腐蚀类型 局部腐蚀 危害性 局部腐蚀破坏有如下 特征 : 复杂性 集中性 突发性 腐蚀类型 局部腐蚀 发生局部腐蚀的条件 (1) 金属方面或溶液方面存在较大的电化学不均一性。 (2) 阳极区和阴极区的电化学条件差异在腐蚀过程中一直保持下去。 腐蚀类型 局部腐蚀 电偶腐蚀 发生电偶腐蚀的几种情况 (1)异金属部件的组合 。 (2)金属镀层 。 (3)金属表面的导电性非金属膜 。 (4)气流或液流带来的异金属沉积 。 腐蚀类型 局部腐蚀 电偶腐蚀 电偶腐蚀的影响因素 （ 1）腐蚀电位差 表示电偶腐蚀的倾向 。 两种金属在使用环境中的腐蚀电位相差愈大 ， 组成电偶对时阳极金属受到加速腐蚀破坏的可能性愈大 。 将各种金属材料在某种环境中的腐蚀电位测量出来 ， 并把它们从低到高排列 ， 便得到所谓 电偶序( 腐蚀类型 局部腐蚀 电偶腐蚀 一些工业金属和合金在海水中的电偶序 阴极性 铂 金 石墨 钛 银 (6288 (627518钝态 ) 18钝态 ) 1130%钝态 ) 03钝态 ) 镍 (钝态 ) 银焊药 02铜镍合金 (6090011青铜 铜 黄铜 62 (600态 ) 镍 (活态 ) 锡 铅 铅 18活态 ) 18活态 ) 高镍铸铁 13%铸铁 钢或铁 2024铝 (镉 工业纯铝 (1100) 锌 镁和镁合金 阳极性 腐蚀类型 局部腐蚀 电偶腐蚀 比较腐蚀电位 从而确定电偶对中哪个金属是阳极时绝不能离开环境条件。 不仅环境条件不同，异金属组合的电位关系不同，即使在同一环境中，随着腐蚀过程的进行，两种金属的腐蚀电位相对关系也会改变。 腐蚀类型 局部腐蚀 电偶腐蚀 （ 2）极化性能 一般说来，在 阴极性金属 阴极反应极化性能愈弱， 阳极性金属成的破坏愈严重。 析氢腐蚀 在发生析氢腐蚀的环境，与低氢过电位的阴极性金属接触，将造成阳极性金属发生严重的电偶腐蚀。 腐蚀类型 局部腐蚀 电偶腐蚀 吸氧腐蚀 如果阴极反应受氧扩散控制，阴极反应速度等于氧分子极限扩散电流密度， 么各种金属上阴极反应的极化性能是一样的，此时 2)与阴极性金属的种类无关，仅取决于 2)增大 ，阳极性金属 腐蚀类型 局部腐蚀 电偶腐蚀 （ 3）阴、阳极表面面积比 2 随着阴极性金属 极性金属 偶腐蚀破坏加重。 所以， 大阴极小阳极的电偶组合是很有害的，应当避免。 （ 4）溶液导电性 溶液导电性对电偶电流的分布有很大的影响。 腐蚀类型 局部腐蚀 晶间腐蚀 晶间腐蚀指腐蚀主要发生在金属材料的晶粒间界区 ，沿着晶界发展 ， 即晶界区溶解速度远大于晶粒溶解速度 。 发生晶间腐蚀的电化学条件 （ 1） 晶粒和晶界区的组织不同 ， 因而电化学性质存在显著差异 。 内因 （ 2） 晶粒和晶界的差异要在适当的环境下才能显露出来 。 外因 腐蚀类型 局部腐蚀 晶间腐蚀 腐蚀类型 局部腐蚀 晶间腐蚀 不锈钢的晶间腐蚀 敏化热处理 不锈钢的晶间腐蚀常常是在受到不正确的热处理以后发生的， 使不锈钢产生晶间腐蚀倾向的热处理叫做敏化热处理 。 腐蚀类型 局部腐蚀 晶间腐蚀 不锈钢的晶间腐蚀 敏化处理对不锈钢晶间腐蚀的影响，与加热温度、加热时间都有关系。将处理后的试样进行试验，把结果表示在以加热温度 (T)和加热时间 (T)为纵、横坐标的图上，发生晶间腐蚀的区域的边界称为 。 腐蚀类型 局部腐蚀 晶间腐蚀 不锈钢的晶间腐蚀 1100 1000 900 800 700 600 500 400 温度() 15 150 1500 加热时间 (小时 ) 不发生晶间腐蚀区 1000 900 800 700 600 500 400 1 10 100 100 1000 10000 析出温度() 析出时间 (小时 ) 含碳量 对 18碳量 % 腐蚀类型 局部腐蚀 晶间腐蚀 不锈钢晶间腐蚀理论 贫铬理论 不锈钢在弱氧化性介质中发生的晶间腐蚀，可以用贫铬理论解释。 （ 1）奥氏体不锈钢 （ 2）铁素体不锈钢 腐蚀类型 局部腐蚀 晶间腐蚀 敏化处理后不锈钢晶界附近区的化学成分 金属 钢的成分*(%) 在下列温度敏化处理 2小时后 ,晶间附近区域的化学成分 (%) 700 725 750 775 i e 余量 另含 C 测量方法 :敏化处理后 ,在冷浓硫酸中浸蚀 10天 ,分析溶液中 r, 对含量 . 腐蚀类型 局部腐蚀 晶间腐蚀 晶间选择性溶解理论 强氧化性介质中的不锈钢的晶间腐蚀不是发生在经过敏化处理的不锈钢上，而是发生在经固溶处理的不锈钢上。 当晶界上析出了 相，或是有杂质偏析，在强氧化性介质中便会发生选择性溶解，从而造成晶间腐蚀。 腐蚀类型 局部腐蚀 晶间腐蚀 提高不锈钢抗晶间腐蚀性能的冶金方法 （ 1） 固溶处理，避免敏化处理。 （ 2） 加入稳定元素钛或铌。 （ 3） 降低含碳量，冶炼低碳 (C 不锈钢和超低碳 (C+N 不锈钢。 腐蚀类型 局部腐蚀 选择性腐蚀 黄铜脱锌 灰铸铁石墨化 腐蚀类型 局部腐蚀 选择性腐蚀 选择性腐蚀包括成分选择性腐蚀和组织选择性腐蚀。 黄铜脱锌 破坏形式 脱锌破坏形式主要有 层状和栓状 两类。 腐蚀类型 局部腐蚀 选择性腐蚀 （ 1） 锌含量 高的黄铜容易发生脱锌； （ 2）黄铜中加入 锡、砷、锑 可以抑制脱锌； （ 3）溶液的 停滞状态 ， 含氯离子 ，黄铜表面存在多孔水垢或沉积物 (易形成缝隙 )，都能促进脱锌； （ 4）溶液的 以影响脱锌的类型。 影响因素 (根据抗拉强度下降算出) 腐蚀深度00 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 120 温度 (根据 温度 对三种黄铜腐蚀的影响 (在 2N 经 24天水线试验 ) 红黄铜 (15%海军黄铜 (37%蒙茨黄铜 (40%腐蚀类型 局部腐蚀 选择性腐蚀 机理解释 （ 1）锌的选择性溶解 这种理论认为，黄铜表面的锌原子发生选择性溶解，留下空位，稍里面的锌原子通过扩散到发生腐蚀的位臵，继续发生溶解，结果留下疏松多孔的铜层。 （ 2）溶解 沉积 这种理论认为铜和锌以金属离子形式一起进入溶液，铜离子再发生还原以纯铜的形式沉积出来 (称为 回镀 )。 腐蚀类型 局部腐蚀 选择性腐蚀 灰铸铁石墨化 灰铸铁中含有网状石墨，发生腐蚀时 石墨为腐蚀电池阴极，铁素体组织为阳极 。铁发生选择性溶解，留下石墨残体骨架。从外形看并无多大的改变，但机械强度严重下降，极易破损。 灰铸铁构件、管道在水中和土壤中极易发生这种腐蚀破坏。 局部腐蚀 孔蚀和缝隙腐蚀 孔蚀 缝隙腐蚀 闭塞腐蚀电池理论 孔蚀和缝隙腐蚀的比较 腐蚀类型 局部腐蚀 孔蚀和缝隙腐蚀 孔蚀即小孔腐蚀，亦称点蚀 。腐蚀破坏形态是金属表面局部位置形成蚀孔或蚀坑，一般孔深大于孔径。 腐蚀类型 孔蚀 腐蚀的破坏特征 (1)破坏高度集中 (2)蚀孔的分布不均匀 (3)蚀孔通常沿重力方向发展 (4)蚀孔口很小 ， 而且往往覆盖有固体沉积物 ， 因此不易发现 。 (5)孔蚀发生有或长或短的孕育期 (或诱导期 )。 腐蚀类型 孔蚀 孔蚀的引发 孔蚀的形成可分为 引发和成长 (发展 )两个阶段 。 在钝态金属表面上，蚀孔优先在一些敏感位置 上形成，这些敏感位置 (即 腐蚀活性点 )包括： （ 1） 晶界 (特别是有 碳化物 析出的晶界 )，晶格缺陷 。 （ 2） 非金属夹杂，特别是 硫化物 ,如 最为敏感的活性点。 （ 3）钝化膜 的薄弱点 (如位错露头、划伤等 )。 腐蚀类型 间或有 结晶 含 的酸性氯化物溶液 （） 多孔锈层 中性充气氯化钠溶液 因杵氢偶而将锈层冲破 起源于硫化物夹杂的碳钢孔蚀机理示意图 金属孔蚀倾向的电化学指标 环状阳极极化曲线上的特征电位 孔蚀电位 。 滞后环面积 愈小 )，则金属材料发生孔蚀的倾向愈小，耐孔蚀性能愈好。 腐蚀类型 孔蚀的影响因素 （ 1）金属材料 能够鈍化的金属容易发生孔蚀 ，故不锈钢比碳钢对孔蚀的敏感性高。金属钝态愈稳定，抗孔蚀性能愈好。孔蚀最容易发生在钝态不稳定的金属表面。对不锈钢， 腐蚀类型 三种不锈钢的孔蚀电位（ 30 40 50 60 70 80 温度 () 孔蚀电位(相不锈钢 1 几种不锈钢的孔蚀电位 与海水温度的关系(敞口体系) 孔蚀电位（伏）（20 40 60 80 海水温度 ( ) 25588 10 20 30 40 孔蚀电位（伏） %） 孔蚀临界 H+=含量（ %） 孔蚀临界 N） 蚀电位 与 关系 试验溶液 : ,室温 (2)环境 活性离子能破坏钝化膜，引发孔蚀。 一般认为， 金属发生孔蚀需要 这个浓度可以作为比较金属材料耐蚀性能的一个指标，临界氯离子浓度高，金属耐孔蚀性能好 。 缓蚀性阴离子 缓蚀性阴离子可以抑制孔蚀的发生。 腐蚀类型 孔蚀电位(伏) 1 825,液 腐蚀类型 （ 1） 在 较宽的 孔蚀电位 （ 2） 0 ，随 蚀电位增大，金属孔蚀倾向较小（碱性） 腐蚀类型 不锈钢孔蚀电位影响（ 3% 蚀电位(伏) 3 5 7 9 11 88- 10 蚀类型 温度 温度升高，金属的孔蚀倾向增大。当温度低于某个温度，金属不会发生孔蚀。这个温度称为 临界孔蚀温度 (， 金属耐孔蚀性能愈好。 腐蚀类型 18 缝隙临界温度 (和 孔蚀临界温度（ 与 8 6 4 2 40 0 20 60 80 无腐蚀 (C)=-(45+5)+11%1)(C)=5+7%2) (C)=10+7%3) (4) (C)=5+11%C)=25+8%隙腐蚀 孔蚀和缝隙腐蚀 温度（ 0C) ) 流动状态 在流动介质中金属不容易发生孔蚀 ，而在停滞液体中容易发生，这是因为介质流动有利于消除溶液的不均匀性，所以输送海水的不锈钢泵在停运期间应将泵内海水排尽。 腐蚀类型 缝隙腐蚀 缝隙腐蚀是指 腐蚀破坏发生在金属表面上的缝隙部位，在缝隙内区域，腐蚀破坏形态可以是蚀孔，蚀坑，也可能是全面腐蚀。 腐蚀类型 机器和设备上的 结构 缝隙 固体 沉积 (泥沙、腐蚀产物等 )形成的缝隙。 金属表面的 保护模 (如瓷漆、清漆、磷化层、金属涂层 )与金属基体之间形成的缝隙。 腐蚀类型 缝隙种类 缝隙尺寸 造成缝隙腐蚀的缝隙是狭缝， 围。宽度太小则溶液不能进入，不会造成缝内腐蚀；宽度太大则不会造成物质迁移困难，缝内腐蚀和缝外腐蚀无大的差别。 腐蚀类型 影响因素 （ 1）金属材料 几乎所有的金属材料 都会发生缝隙腐蚀 ，钝态的金属 对缝隙腐蚀最为敏感。 （ 2）环境 几乎所有溶液 中都能发生缝隙腐蚀，以 含溶解氧的中性氯化物 溶液最常见。 评定方法 （同孔蚀） 腐蚀类型 8 6 4 2 0 12 24 36 48 缝隙宽度 : 1 浓度(升/毫克) 时间 (小时 ) 缝隙内海水中氧浓度的变化 玻璃 1 2 3 海水中氧的浓度对铝合金和钛合金电位的影响 4 6 8 氧浓度 (毫克 /升 ) 铝合金 电位 104 102 100 10 4 2 主体溶液 100200 1000 10000 04 102 100 1002 103 104 105 缝隙腐蚀模拟试验条件下 ,阳极区溶液中 H+,电解电量 (腐蚀速率 )的变化 腐蚀类型 闭塞腐蚀电池理论 闭塞电池的概念 由于闭塞的几何条件造成溶液的停滞状态，使物质的迁移困难，结果使闭塞区内腐蚀条件强化， 闭塞区内外电化学条件形成很大的差异 ，结果闭塞区内金属表面发生活性溶解腐蚀，使孔蚀和缝隙腐蚀以很大的速度扩展。 腐蚀类型 闭塞腐蚀电池的工作过程 （ 1）缝 隙 内氧 的 贫乏 由于缝隙内贫氧，缝隙内外形成氧浓差电池。 （ 2）金属离子水解、溶液酸化 （ 3）缝 隙 内 溶液 达到某个临界值，不锈钢表面钝化膜破坏，转变为活态，缝隙内金属溶解速度大大增加。 （ 4）上述过程反复进行 ，互相促进，整个腐蚀过程具有 自催化特性。 腐蚀类型 孔蚀和缝隙腐蚀的比较 相同之处 ： 首先 ，耐蚀性依赖于钝态的金属材料在含氯化物的溶液中容易发生，造成典型的局部腐蚀。 其次 ，孔蚀和缝隙腐蚀成长阶段的机理都可以用闭塞电池自催化效应说明。 不同之处 ： 第一 ， 孔蚀的闭塞区是在腐蚀过程中形成的 ， 闭塞程度较大；而缝隙腐蚀的闭塞区在开始就存在 ， 闭塞程度较小 。 腐蚀类型 第二 ，孔蚀发生需要活性离子 (如 子 )， 缝隙腐蚀则不需要。 第三 ，孔蚀的临界电位 在相同试验条件下测量 )，而且在 是原有的蚀孔继续成长，但在这个电位范围内，缝隙腐蚀既可以发生也可以成长。 腐蚀类型 应力腐蚀 应力腐蚀破裂概况 应力腐蚀破裂的影响因素 应力腐蚀破裂机理 腐蚀疲劳 腐蚀类型 应力腐蚀 应力腐蚀是应力和环境腐蚀的联合作用造成的金属破坏。在固定 (静止 )应力情况，称为 应力腐蚀破裂 (或应力腐蚀开裂 )，记为 循环应力情况，称为 腐蚀疲劳，记为 腐蚀类型 金属或合金 腐 蚀 介 质 软钢 碳钢和低合金钢 奥氏体不锈钢 铜和铜合金 镍和镍合金 蒙乃尔合金 铝合金 铅 镁 酸盐溶液 ,(硅酸纳 +硝酸钙 )溶液 42% 海水 , 氯化物溶液 ,高温高压蒸馏水 氨蒸气 ,汞盐溶液 ,含 氟硅酸溶液 熔融 海水 ,水蒸气 ,含 b(溶液 海洋大气 ,蒸馏水 ,产生应力腐蚀破裂的材料 腐蚀类型 (1)主要是 合金 发生 金属极少发生。 (2)对 环境的选择性 形成了所谓 “ 环境组合 ” 。 (3) 只有 拉应力 才引起 应力反而会阻止或延缓 (4) 裂缝方向 宏观上和拉引力垂直，其形态有晶间型，穿晶型，混合型。 (5) 育期 ，因此 展期和快断期三部分。 (6)发生 大多数情况下合金发生 此 金属失重甚微 。 腐蚀类型 特征 合金耐 恒应变试验 恒载荷试验 腐蚀类型 破裂速度 试样延伸比率 裂纹深度 暴露时间 拉伸载荷 下应力腐蚀破裂扩展速度与裂纹深度的关系 恒载荷 应力腐蚀破裂试验中试样延伸率与时间的关系 破裂 破裂 40 30 20 10 1 3 5 10 30 50 100 300 500 1000 外应加力（2米毫/斤公） 破裂时间（小时） 各种 5%的 应力 O O O O 1816 1621080o/10 200o/14 204 O 18 力学因素 （ 1） 应力使材料发生形变 ，而形变使表面膜破裂。 应力与环境腐蚀的相互促进 ，才使得材料在很弱的腐蚀性介质中发生破坏。 （ 2）临界应力和临界应力强度因子 低于某 个临界值 料不发生破裂， 腐蚀类型 腐蚀因素 （ 1） 境 有 选择性 （ 2） 氧化剂 的存在有决定性作用 （ 3） 温度 有着重要的影响。一般来说，温度升高，材料发生 （ 4） 干湿交替环境 使有害离子浓缩， 腐蚀类型 氧000 100 10 1 0。 1 0。 01 0。 1 1 10 100 1000 氯化物 裂 不破裂 数字为试样数目 根据（ 3 3 2 2 2 2 4 2 2 2 2 2 2 3 3 3 1 1 1 1 2 5 11 1 碱度 00 300 200 100 0 20 40 60 80 100 120 产生破裂所需要的时间（小时） 温度对破裂诱发时间的影响， 316及 347型不锈钢 在含 875347型 316型 冶金因素 合金的化学 成分、热处理、组织结构、加工 状态对其 对于奥氏体不锈钢在氯化物溶液中的 提高 入硅、铜 ，有利于提高抗 增加碳含量 也有利于提高耐 含碳量大则容易产生晶间性 应力腐蚀破裂的机理 （ 1）阳极溶解 (理 （ 2）氢致开裂 (理。 腐蚀类型 阴极 C 阴极 C 溶液 静态金属阳极区（稳定阳极） A A A* 迅速 屈服 屈服金属阳极区 （动力阳极） 纹两侧） : 电流密度 10*区（裂纹尖端） : 电流密度 +e 2氏体不锈钢应力腐蚀破裂模型图 氧化物腐蚀产物 随 H+阴极还原氢进入合金中 H+e H（ 氢引起马氏体小片形成 成为裂纹扩展的敏感途径 在扩展的裂纹中的阳极反应 当（ H+）建立（可能是慢的一步）从孔蚀形成显微裂纹 在裂纹中阳极反应得到高浓度（ H+）如： 2 H+6e H 钝化表面上的阴极反应： 2e +e 2氯化物介质中奥氏体不锈钢裂纹形成和扩展模型 腐蚀疲劳 在 循环应力 (交变应力 )和腐蚀环境的联合作用下金属材料发生的严重腐蚀破坏叫做 腐蚀疲劳 (简记为 S 在腐蚀环境中疲劳极限不存在，即在低应力下造成断裂的循环数仍与应力有关。为了便于对各种金属材料耐腐蚀疲劳性能进行比较， 一般是规定一个循环次数 (如 107)，从而得出名义的腐蚀疲劳极限，记为 腐蚀类型 腐蚀疲劳的特征 （ 1）任何金属在任何介质中 都能发生腐蚀疲劳， 即不要求特定的材料环境组合。 （ 2）环境条件 对材料的腐蚀疲劳行为都有显著影响。 （ 3） 纯疲劳性能与循环频率无关， 腐蚀疲劳性能与 频率有关 。 （ 4） 腐蚀疲劳裂纹主要为 穿晶型 。 （ 5） 对金属材料进行 阴极极化 ,可使裂纹扩展速度明 显降低。 腐蚀疲劳机理 一般是用金属材料的疲劳机理和电化学腐蚀作用结合来说明腐蚀疲劳的机理。 孔蚀或其他局部腐蚀造成缺口，缝隙，引起应力集 中，造成滑移。滑移台阶的腐蚀溶解使逆向加载时表面不能复原，成为裂纹源。反复加载使裂纹不断扩展，腐蚀作用使裂纹扩展速度加快。在交变应力作用下，滑移具有累积效应，表面膜更容易遭到破坏。 腐蚀类型 磨损腐蚀 定义和影响因素 磨损腐蚀的两种重要形式 腐蚀类型 磨损腐蚀 定义 高速流动的腐蚀介质 (气体或液体 )对金属材料造成的腐蚀破坏叫做 磨损腐蚀（ 简称磨蚀，也叫做冲刷腐蚀。 腐蚀类型 影响因素 (1)耐磨损腐蚀性能与它的 耐蚀性和耐磨性 都有关系。 (2)表面膜的保护性能和损坏后的 修复能力 ，对材料耐磨损腐蚀性能有决定性的作用。 (3)流速 对金属材料腐蚀的影响是复杂的。只有当流速和流动状态影响到金属表面膜的形成、破坏和修复时，才会发生磨损腐蚀。 (4)液体中含有 悬浮固体颗粒 (如泥浆、料浆 )或气泡 ，气体中含有 微液滴 ，都使磨损腐蚀破坏加重。 腐蚀类型 典 型 腐 蚀 率 (1英尺 /每秒 (1) 4英尺 /每秒 (2) 27英尺 /每秒 (3) 材 料 碳钢 铸铁 硅青铜 海革黄铜 铝青铜 (10%铝黄铜 e) e) 316型不锈钢 C 钛 34 45 1 2 4 7 5 2 5 2 8 无 可溶 分散 抑制细菌 阳离子型 7 无 可溶 分散 高含 唑啉为主 中原油田腐蚀与防护技术 油井缓蚀剂 997 2000年 12月全局实施油井加药井数 1739口 （ 占全局 50%含水油井开井数 70%以上 ） ， 所属集油干线 78条 （ 占全局 100%） 。 中原油田腐蚀与防护技术 油井： 总铁含量比加药前平均下降了 38%， 个 /个别井 10个 / 平均腐蚀速率小于 a， 集油干线： 总铁含铁比以前平均下降了 31%， 0个 / 油井缓蚀剂 2001年通过改变缓蚀剂的官能团，增加缓蚀剂的水溶性，提高缓蚀剂在水介质的扩散能力，增强缓蚀剂在钢铁表面的吸咐能力，达到提高缓蚀剂效益的目的。 应用地点 效 果 采油一厂 采油二厂 采油三厂 总铁含量减少（ %） 蚀速率降低（ %） 开发的 00口油井 、 共 1500井次 ， 油井产出液含铁可减少 50%以上 ， 腐蚀速率减少 60%以上 ， 加药量与同期其它缓蚀剂相比减少 10 中原油田腐蚀与防护技术 油井缓蚀剂 中原油田腐蚀与防护技术 缓蚀剂 50 100 150 8.3 缓蚀剂 50 100 150 50 ，气田产出水，静态挂片 7天； 100 ， 10 田产出水，动态挂片 3天。 静态腐蚀评价 动态腐蚀评价 气井缓蚀剂 气井缓蚀剂 中原油田腐蚀与防护技术 加药量： 每口井预膜 200后按 每天 万方气） 加药周期： 20天为一周期 加药效果： 井口挂片缓蚀率 82%以上。 产出液总铁降低 45%以上。 集输管线缓蚀剂 针对集输管线的腐蚀以内腐蚀为主 ， 采取加缓蚀剂的内防腐措施 ， 端点站连续加 35 全局 98条集输干线投加端点缓蚀剂； 加药后集输管线穿孔数平均降低 中原油田腐蚀与防护技术 污水处理系统防腐技术 污水处理系统水质复杂（油井产出液分离水、洗井水、地面清洗水），存在酸性腐蚀、 蚀状况十分严重，针对其腐蚀原因采取天然气密闭技术、水质改性技术、预氧化污水处理技术。 中原油田腐蚀与防护技术 污水处理系统防腐技术 天然气密闭技术使滤后水溶解氧从 1 污水系统和注水系统腐蚀率控制在 到部颁注水水质标准。 设计正常密闭压力 100气压力 130 分离器接密闭处理设备 接密闭处理设备过滤器 调压阀水封罐接天然气气源天然气密闭流程中原油田腐蚀与防护技术 污水处理系统防腐技术 在污水中加入以 使水体由酸性变为碱性 ， 除去污水中的酸性物质； 加入离子调整剂在高 应生成 3沉淀； 高 ， 并形成不利于 治理前后水质分析对比表 处理 方法 杂 mg/l 油 mg/l mg/l S 2- mg/l 总铁 mg/l /蚀速率 mm/a 治理后 0 3 5 0 03理前 0 15 1000200 2 30 1002 104 2 中原油田腐蚀与防护技术 污水处理系统防腐技术 中原油田腐蚀与防护技术 1、特点 采用高效氧化剂氧化二价铁形成氢氧化铁矾花，助凝剂联接细小矾花形成大矾花，达到加速沉降的目的，依靠自然沉降和过滤达到净化效果，同时氧化剂具有杀菌作用 ，起到控制细菌的目的。 2、应用范围 适用含铁量高，较难处理污水。 电化学保护技术 外加电流阴极保护 中原油田腐蚀与防护技术 牺牲阳极阴极保护 将外加电流阴极保护技术成功应用于生产容器内壁。 应用高效牺牲阳极解决油水井油套管和地面集输管线的腐蚀。 中原油田腐蚀与防护技术 外加电流阴极保护 辅助阳极 参比电极 绝缘法兰 恒电位仪 绝缘法兰 1991年卫 22#站、 1994年文 184区块进行保护油水套管的区域外加电流阴极保护试验； 至今共实施 45台三相分离器阴极保护。 通过对比分析保护度达 通过改变其成份 ， 提高铝合金牺牲阳极阳极的耐温性能； 新型铝硅合金牺牲阳极电流效率随温度下降慢 ， 其耐温性提高 20 , 1999年来现场应用 150井 ,保护周期延长 50%。 中原油田腐蚀与防护技术 牺牲阳极阴极保护 套管阳极布置数据表 井深 周期 0m） 500m） 1000m） 1500m） 10年 型 1块 型、 型各 1块 型、 型各 1块 型 2块 15年 型 2块 型 2、 型 1块 型 2块、 型 1块 型 3块 型 :300 800 107节 型 :260 800 75节 油井油管阳极布置数据表 井深 周期 0m） 700m） 1500m） 2年 型 1块、 型 2块 型 3块 型 1块、 型 2块 水井油管阳极布臵数据表 井深 周期 0m） 701m） 1501m） 3年 型 2块、 型 2块 型 1块 、 型 2块 型 1块 、 型 5块 中原油田腐蚀与防护技术 牺牲阳极阴极保护 计量站牺牲阳极保护采用 锌镁复合阳极 ， 1996年来在油田共实施 70个计量站的牺牲阳极保护 ， 保护电位在 (保护度在 中原油田腐蚀与防护技术 牺牲阳极阴极保护 空白片 保护片 涂层保护技术 注水管线外防腐采用煤沥青玻璃布防腐，少量集输管线和注水管线内防腐采用水泥砂浆、玻璃钢内衬， 污水处理、原油处理容器防腐采用环氧涂层防腐，通过配套涂层保护达到较好的效果。 集输管线外防腐采用聚乙烯聚氨脂黄夹克防腐保温， 中原油田腐蚀与防护技术 非金属材料保护技术 (玻璃钢、复合管 ) 对污水处理容器的内部构件、部分井抽油杆采用玻璃钢材料，防腐效果好，但玻璃钢材料的力学性能欠佳，不适合全面推广。 针对污水处理进站管线腐蚀严重，采用钢塑复合管防腐取得很好的效果，在全油田各污水站得到推广。 中原油田腐蚀与防护技术 天然气中 平均含量 平均含量 原始地层压力 55 57 地层温度 120 134 ； 气井产量高 （ 40104m3/d） 。 普光气田防腐技术 腐蚀环境 2 2 高含硫气井生产管柱的选材，应根据 普光气田防腐技术 根据管材选用流程及分析图，结合普光气田主体流体性质和生产条件，管材需要采用含铬 20以上，镍 40以上，钼 5以上的高镍基合金钢材料，硬度 0。 选材依据 选材试验 普光气田防腐技术 高抗硫钢耐腐蚀性能试验 高抗硫钢耐硫化物应力腐蚀破裂性能试验 高抗硫钢和高镍基合金耐腐蚀性能电偶试验 高镍基合金应力和电化学腐蚀试验 高镍基合金钢单质硫腐蚀试验。 抗硫钢管不能满足普光气田主体生产需要； 利用 据 算在 水 质硫环境下，几种高镍基合金材质管材的抗点蚀指数。 28 3或 以选择 软件预测 普光气田防腐技术 方案一： 整套油管 全部 使用抗 方案二： 井口到井下安全阀之间选用既抗硫化氢应力腐蚀也抗电化学腐蚀的 耐蚀合金油管 封隔器到井下安全阀选择高抗硫化氢介质油管 封隔器以下选用既抗硫化氢应力腐蚀也抗电化学腐蚀 合金油管 防腐方案 综上所述，普光气田主体开发推荐采用高镍基合金钢防腐方案，材质为 于封隔器下入位置在产层以上 50 100了使封隔器可靠坐封，高镍基合金钢材质套管应至少在产层 200 室内实验数据表明，采用高抗硫钢与高镍基合金钢组合生产管柱防腐方案，一方面高抗硫钢在高含 一方面高抗硫钢与高镍基合金钢存在严重电偶腐蚀，使用这种管柱结构存在油管断脱和腐蚀穿孔的风险，会给生产带来极大的安全隐患。 采用高镍基合金油管生产管柱一次性投资大，但防腐效果好，使用寿命长，不需要加药维护工作量，安全系数高。 普光气田防腐技术 防腐方案优选 集输管线弯头处 防 腐 调 查 内 容 1）油气水井身结构（井筒、井口材质及规格，完井方式） 2）介质情况（矿化度、总铁、二价铁、气体组成、微生物）； 3）生产运行情况（温度、压力、液量、含水等各种运行参数）； 4）腐蚀状况（腐蚀历史和现状，防腐工艺，防腐效果等）； 5）腐蚀情况分析（腐蚀初步原因，腐蚀造成经济损失等