第二章钻井采油及集输系统的腐蚀与防护2016

1、腐蚀与防护,第二章 钻井、采油及集输系统的 腐蚀与防护,第二章 钻井、采油及集输系统的腐蚀与防护,石油工业是由石油勘探，钻井，开发，采油，油气集输，油气处理，油气储存、运输、石油炼制等环节组成的。 由于石油工业中的特殊环境，采用的材料几乎都是金属，而且金属设备在每一个环节都存在腐蚀现象。,石油工业中的设备,油气井设备：钻具、钻杆、井筒、套管和井口装置。 集输设备：输油气管线、回注管线、阀门、压力容器和储罐。 炼化设备：常减压装置、催化裂化装置、延迟焦化装置、催化重整装置、制氢装置等。 海上设备：固定平台、钢筋混凝土柱和海底管道等。,集输设备,石油工业中的腐蚀现状与危害,石油产业中的腐蚀造成的经

2、济损失越占产值的6。腐蚀事件频繁发生 。 某油田（小型油田）1993年有400多口油井因井下管柱或共居的腐蚀而频繁停产作业，100多口注水井套管因腐蚀穿孔，更换注水井套管耗费3950万元。 石油工业的腐蚀还会导致严重的环境污染，例如1994年俄罗斯的集输管线破裂，原油泄漏，导致严重的环境污染。,油泵腐蚀,集输管线穿孔,集输管线埋地弯头腐蚀,轻烃站冷却器腐蚀,油井管腐蚀,油管腐蚀穿孔,油管腐蚀穿孔,油管腐蚀穿孔,防腐杆本体腐蚀断,第二章 钻井、采油及集输系统的腐蚀与防护,第一节 钻井工程的腐蚀与防护 第二节 采油及集输系统的腐蚀环境 第三节 采油及集输系统中的腐蚀 第四节 采油及集输系统腐蚀的防

3、护措施,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,一、钻井过程中的腐蚀 钻井过程中的腐蚀介质主要来自大气、钻井液和地层产出物，通常是几种组分同时存在。 对钻井专用管材、井下工具、井口装置等金属常见的腐蚀类型有：应力腐蚀、腐蚀疲劳、硫化物应力开裂、点蚀（坑点腐蚀）、湍流腐蚀（冲蚀）等，其特征见表2-l。 。,表2-1 钻井过程中金属局部腐蚀类型及特征,1.钻井液 （1）钻井液组成及温度对腐蚀的影响。,表2-2 未经处理的钻井液的腐蚀速率,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,1.钻井液 （1）钻井液组成及温度对腐蚀的影响。,表2-3无固相盐水体系的腐蚀速率,挂片类型,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,不同类型的盐水对钢

4、的腐蚀速率不同，在36%NaCl盐水中的腐蚀速率大于在15%NaCl+10%Na2SO4盐水中的腐蚀速率，说明Cl-引起钢片的电化学腐蚀比SO42-严重。,不同温度下，钢片的腐蚀速率也不同，静态20下，各种盐水介质的腐蚀速率均小于0.1g/(m2h)，而高温下钢片在盐水介质中腐蚀速率明显增加，是常温下腐蚀速率的几十倍甚至上千倍。因此，在钻深井时，必须注意钻井液在高温下的腐蚀与防护问题。,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,（2）钻井液密度对腐蚀的影响 不同密度加重钻井液的腐蚀速率亦各不同。钻井液的加重材料为重晶石，钢片在120下，不同密度的钻井液进行动态扰动达37h，其结果见表2-4。,表2-4 不

5、同密度加重钻井液的腐蚀效率,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,（2）钻井液密度对腐蚀的影响,重晶石的加量从50增加到160，腐蚀速率从0.0539g/(m2h)增大到0.2888g/(m2h)，增大了5倍。说明钻井液中的固相颗粒对钻杆腐蚀影响较大，固相颗粒含量越高，对金属表而的腐蚀越大，因此，在钻砂岩和砂质地层时钻井液中会含有磨蚀性砂粒，其含量必须控制在最低限度。,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,（3）钻井液pH值对腐蚀的影响,表2-5 pH值对钻井液腐蚀速率的影响,一般说来，钻具的腐蚀速率随钻井液腐蚀速率的增加而增加；随钻井液pH的上升，腐蚀速率会逐渐降低。 控制钻井液的pH值是控制钻具腐蚀的主要

6、措施之一。 控制钻井液的pH值大于10会大大延长金属材料的使用寿命。,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,2.氧气 钻井过程中，由于钻井液循环系统是非密闭的，大气中的氧通过振动筛、泥浆罐、泥浆泵等设备在钻井液循环过程中混入钻井液，成为游离氧，部分氧溶解在钻井液中，直到饱和状态。 水中的氧达到饱和时可含8-12mg/L，而氧在相当低的含量下（少于1mg/L）就能引起严重腐蚀。 钻井液中的溶解氧是钻杆腐蚀的主要原因之一。,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,无固相盐水体系的腐蚀速率见表2-3。 表2-3无固相盐水体系的腐蚀速率,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,氧对钢材的腐蚀作用如下： 电化学腐蚀。 反应式：4F

7、e + 6H2O4Fe(OH)3 Fe(OH)3在pH值低于4时形成沉淀。 阳极处：FeFe2+ 阴极处：O2+2H2O+4e4OH- 附着铁锈下的氧浓差电池腐蚀。 氧作为耗氧细菌的原料，使细菌大量繁殖产生腐蚀。 氧与其他腐蚀因素产生协同效应，加速钢材腐蚀。,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,氧的腐蚀性受氧浓度、温度、pH值等因素的制约。 单一的氧腐蚀是均匀腐蚀，大气中的钻井设备腐蚀就是氧腐蚀的典型代表。 氧在水中的溶解度随溶液温度的升高和矿化度的增加而下降，因而，饱和盐水钻井液中含溶解氧量少，其腐蚀性弱。,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,3.硫化氢 硫化氢对钻具及钻井设备具有强烈的腐蚀性。,第一节

8、 钻井工程的腐蚀与防护,3.硫化氢 侵入钻井液体系的硫化氢可来自下列几个方面： a.含硫化氢的地层流体。 b.钻井液中含硫添加剂(如磺化酚醛树脂等)的分解。 c.采用含硫的接头丝扣润滑剂发生化学反应。 d.细菌对存在于钻井液中硫酸盐的作用。,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,3.硫化氢 硫化氢腐蚀表现的形式有以下几种： 电化学腐蚀。 氢诱发裂纹(HIC)和氢鼓泡HB)。 硫化物应力开裂（SSC）。 氢鼓泡 硫化物应力开裂,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,3.硫化氢 普遍认为硫化氢对钢有极强的腐蚀性，而且其还是一种很强的渗氢介质，可以导致钢材料的氢脆。分两部分： 硫化氢的电化学腐蚀 相比于二氧化碳和氧

9、气，硫化氢在水中溶解度很高，且溶解后呈酸性。,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,硫化氢电离产物吸附在金属表面，氢离子为很强的去极化剂，很容易在阴极得到电子，同时削弱了铁原子间的金属键，进一步促进阳极溶解反应，从而使金属腐蚀。 硫化氢导致氢脆 目前无统一理论，一种理论认为，钢材在缺陷处，可以捕获氢，这些缺陷就成为氢的富集区。当氢在金属内部富集就会产生氢气，压力可至300MPa，使钢材脆化。,4.二氧化碳 干CO2是一种非腐蚀性气体，但是当存在水时，水与CO2反应生成碳酸，引起腐蚀作用。碳酸与铁反应生成碳酸铁，管材成片状脱落，减少管壁厚度。 一般情况下，CO2腐蚀与pH值的变化有函数关系，pH降低，C

10、O2腐蚀就严重，反之，pH升高，腐蚀性降低，但该介质易结垢。,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,CO2可来自以下几个方面 （1）含CO2的地层流体。 （2）采用CO2混相驱技术提高原油采收率而向地层注入的CO2。 （3）钻井过程中的补水进气。 通常使用碱性钻井液或添加缓蚀剂是控制二氧化碳腐蚀的有效方法。,塔里木油田某井油管CO2腐蚀形貌图,二、钻井过程中的防腐蚀措施 1.控制钻井液的腐蚀性 控制pH值。 通常将钻井液泥浆pH值提高到10以上。 正确选择缓蚀剂。 添加除氧剂。 国内外广泛使用的除氧剂为亚硫酸盐。 选择性添加除硫剂。 除硫剂的作用原理：通过化学反应将钻井液中的可溶性硫化物等转化成一种稳

11、定的，不与钢材起反应的惰性物质，从而降低钻具的腐蚀。 常用的除硫剂是海绵铁和微孔碱式碳酸锌。 控制含砂量。,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,表2-6列出了钻井液中有害组分来源，推荐了常用的减缓腐蚀处理方法，值得在钻井实际过程中考虑。,表2-6 钻井液中有害组分来源与防治措施,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,2.使用内防腐层钻杆 钻杆内涂层防腐是使金属与腐蚀介质隔绝，不使腐蚀介质与金属直接接触。从而，大大减少钻杆的腐蚀疲劳，可延长钻杆使用寿命1倍以上。 3.钻井过程中的腐蚀监测 目前比较成熟的方法是腐蚀环法，即在钻杆公扣端部与母扣凹槽的部位放一个金属腐蚀试验环，放入井下与钻井液接触一段时间后，提起钻

12、杆取下腐蚀试验环进行检测。 腐蚀试验环的安装。 腐蚀试验环的处理。,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,三、钻杆腐蚀疲劳及其保护 钻杆在使用过程中要长期经受拉、扭、弯曲等交变应力的作用，易造成钻杆的腐蚀疲劳，同时，钻杆外壁要受到套管和井壁的摩擦，井内介质的腐蚀及泥浆循环时对钻杆内外表面冲刷而产生的腐蚀，各种腐蚀同时作用、互相影响、加快了钻杆的损坏。其中钻杆的腐蚀疲劳失效是钻杆使用中的最大威胁，造成严重的经济损失。,表2-7 钻杆失效原因统计结果（%）,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,1.钻杆腐蚀疲劳的主要特征 钻杆腐蚀疲劳常见的类型有：扭断、冲蚀、母接头破坏、公接头断裂 。,表2-8 钻杆常见的问题及

13、原因,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,根据全国油气田钻具失效情况调查分析，得到如下结论： 腐蚀疲劳是钻杆失效的最主要的形式，约占55%-85%。 钻杆腐蚀疲劳多发生在钻杆上结构变化较大的部位，如内加厚过渡区消失处和内螺纹接头方台肩根部。 钻杆腐蚀疲劳多与先期的点蚀有关，对管体表面的机械损伤十分敏感。 钻杆腐蚀疲劳多发生在井内介质腐蚀性严重的地区和井斜、方位变化较大的“狗腿”井段。 钻杆发生疲劳的寿命受井内介质、井斜和方位变化、钻杆结构、材质等多种因素的影响。,2.钻杆腐蚀疲劳的主要影响因素 损伤缺陷和坑点腐蚀的影响。 应力的影响。 机械力的影响。 表面防腐层的影响。 材质韧性的影响。,第一节 钻

14、井工程的腐蚀与防护,3.防止钻杆腐蚀疲劳破坏措施 必须采取正确的操作步骤，尽量避免产生各种应力。 采用无腐蚀性的连续相油基泥浆，如果用水基泥浆，要使泥浆的pH10才行，pH值低于10时要使用缓蚀剂。 选用内防腐层钻杆，钻杆寿命可提高13倍。 在硫化物环境中，避免采用高强度钻杆或钻杆接头。 新、旧钻杆下井前应进行无损探伤，尤其对加厚过渡区进行检查，及时发现腐蚀疲劳裂纹，把腐蚀疲劳损伤严重的钻杆及时排除。 要考虑钻杆的冲击韧性。 钻杆的存放，必须保证良好的防腐蚀环境，存放不宜超过2年。 优化钻具组合和结构，改善钻杆的应力分布，减小结构上的应力集中。 根据钻具负荷采用内平钻杆，推广加厚结构改进型新钻

15、杆。,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,四、钻杆内防腐层应用实例 实践表明，钻杆内壁涂敷防腐涂料提高了钻井工作效率，取得了显著的经济效益。 （1）钻杆涂料 目前，国内外使用的钻杆涂料主要为溶剂型涂料，其成膜物质以环氧酚醛树脂作基料配制而成。 （2）钻杆喷涂工艺流程 钻杆喷涂工艺流程：钻杆进厂检验高压热水冲洗管端丝扣(去除油污杂质) 400高温烘烤（烧毁旧涂层和有机物并松弛氧化层) 喷砂除锈底漆喷涂连续护干燥面漆喷涂批式炉固化质量检查。,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,（3）钻杆防腐层应用 华北油田使用国产涂料喷涂钻杆，完成钻井25口，防腐层未发现任何破损，防腐层表面仍光滑，未发现内壁腐蚀坑点。此时，

16、经对钻杆防腐层物理化学性能检验，其各项性能指标没有明显降低，预计钻杆内防腐层可延长钻杆使用寿命l-3倍。由于内防腐层钻杆内壁光滑，还可以降低泥浆流动阻力，提高流速10%-15%；降低泵压2MPa，具有明显的经济效益。,第一节 钻井工程的腐蚀与防护,第二章 钻井、采油及集输系统的腐蚀与防护,第一节 钻井工程的腐蚀与防护 第二节 采油及集输系统的腐蚀环境 第三节 采油及集输系统中的腐蚀 第四节 采油及集输系统腐蚀的防护措施,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,采油及集输系统的腐蚀是指原油及其采出液、伴生气在采油井、计配站、集输管线、集中处理站和回注系统的金属管线、设备、容器内产生的内腐蚀以及与土壤、

17、空气接触所造成的外腐蚀。 油田生产过程中内腐蚀造成的破坏一般占主要地位。由于油田所处地理位置及生产环节的不同，其腐蚀特征和腐蚀影响因素也不同，因此，有针对性的采取防腐措施，减缓大气、土壤和油气集输介质的腐蚀是十分必要的。,华北油田含高二氧化碳馏-58井 使用18个月油管腐蚀穿孔,渤中13-11含二氧化碳油井套管腐蚀穿孔/裂开井下 766 1955 m段超声电视录象(0 766 m 和1955 2083 m段套管良好),油田注水管线的碳酸钙/碳酸镁垢 （当流速偏高时，垢分布不均匀）,一、大气腐蚀 由大气中的水、氧、酸性污染物等物质的作用而引起的腐蚀，称为大气腐蚀。 通常所说的大气腐蚀，就是指金属

18、材料在常温下潮湿空气中的腐蚀。,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,大气的近似组成(10oC，100KPa),空气中氧的含量约23%，是大量的也是主要的腐蚀剂，直接参与金属的腐蚀反应。 空气相对湿度对金属的大气腐蚀也有重要影响。 (相对湿度 ：空气中水蒸气含量与同温度下饱和水蒸气含量的比值的百分数)。,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境, 最常见的大气腐蚀现象生锈, 世界上60%以上的钢材在大气环境中使用,大气腐蚀损失占总腐蚀损失量50%, 对于某些功能材料（微电子电路）、文物、装饰,材料等，轻微大气腐蚀也不允许,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境, 大气腐蚀以均匀腐蚀为主, 也包括点蚀、缝隙腐蚀、

19、电偶腐蚀、微动腐蚀、,应力腐蚀及腐蚀疲劳等, 大气腐蚀属于液膜下的电化学腐蚀, 区别于浸于电解质溶液中的腐蚀,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,一、大气腐蚀 1、大气腐蚀的类型 一般地讲，钢材在大气条件下，遭受大气腐蚀有三种类型。 干燥的大气腐蚀 潮湿的大气腐蚀 可见液膜下的大气腐蚀,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,干燥的大气腐蚀 在空气非常干燥的条件下，金属表面不存在水膜时的腐蚀称为干的大气腐蚀。其特点是在金属表面形成一层保护性氧化膜(1-10 nm)，并常常伴随金属表面的失泽。 如铜、银被硫化物污染的空气腐蚀所造成的失泽现象。,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,潮湿的大气腐蚀 大气的相对

20、湿度在100以下，金属表面存在着肉眼不可见的薄水膜(10nm-1m)时所发生的腐蚀称为潮湿的大气腐蚀。 若大气中有酸性污染物CO2、H2S、SO2等，腐蚀显著加快。 例如，铁在大气中没被雨、雪淋到时的生锈即属于潮的大气腐蚀。,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,可见液膜下的大气腐蚀 水分在金属表面已成液滴凝聚而形成肉眼可见的液膜层(1 m-1mm)时所发生的腐蚀称为湿大气腐蚀。 当空气中的相对湿度在100左右，或者当雨、雪、霜及水沫等直接落在金属表面上时，就发生这种腐蚀。,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,2、大气腐蚀的电化学过程 （1）阴极过程 金属发生大气腐蚀时，由于氧很容易到达阴极表面，故

21、阴极过程主要依靠氧的去极化作用，即氧向阴极表面扩散，作为去极化剂，在阴极进行还原反应。 氧的扩散速率控制着阴极上氧的去极化作用的速率，并进而控制着整个腐蚀过程的速率。 中性及碱性介质：O2 +2H2O +4e4OH- 酸性介质： O2 +2H- +4e2H2O （2）阳极过程 金属作为阳极发生溶解的过程 M + xH2O Mn+ xH2O +ne,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,3、大气腐蚀的特点 （1）干燥的大气腐蚀：纯的化学作用，腐蚀速度小，破坏性非常小。 （2）大气腐蚀发生在金属表面上存在的水膜中时，由电化学腐蚀引起的。 不同于金属沉浸在电解液中的电化学腐蚀 是吸氧腐蚀不是析氢腐蚀 水

22、膜（相对湿度100%）中的杂质（O2 、CO2 、HCl、 SO2 及盐类等），形成电解质溶液，促进水膜下金属腐蚀。 金属表面水膜下的腐蚀主要是由于金属表面电化学不均匀性造成的微电池。 水膜较厚时，形成氧浓差腐蚀电池。 潮湿的大气腐蚀：水膜薄，氧易于透过薄膜，阴极易进行，阳极钝化受到阻滞，主要受阳极控制。 可见液膜下的大气腐蚀：水膜厚，氧不易透过水膜，阴极速度减慢，主要受阴极控制。,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,4、大气腐蚀的影响因素 水的影响 在大气环境下对钢材起腐蚀作用的物质中，水是主要因素(一般地讲湿度越大，腐蚀性就越强)。,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,4、大气腐蚀的影响因素

23、SO2的影响（最严重） 钢材的腐蚀速率随大气中的SO2含量的增加而增加。,图2-2 大气中SO2含量对碳钢腐蚀的影响,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,4、大气腐蚀的影响因素 SO2的影响 SO2溶于金属表面的水膜，可反应生成H2SO3或H2SO4,其pH值可达3-3.5, H2SO3是强去极化剂，对大气腐蚀有加速作用，在阴极上去极化反应如下：,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,海洋大气影响 在海洋附近的大气中，含有较多的盐分，其主要成分是NaCl。 Cl-具有极强的侵蚀性，因而它可加剧腐蚀。离海洋越远，大气中的盐分越少，腐蚀量也变小。,图2-3 离海岸距离与大气中海盐 含量及钢腐蚀量的关系,

24、第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,固体尘粒的影响 吸附水分子的凝聚中心，使水汽在低于正常临界相对湿度下凝聚成水膜，因而加速了金属的腐蚀。（防尘！） a 尘粒本身具有腐蚀性（铵盐颗粒） b 尘粒本身无腐蚀性，但能吸附腐蚀性物质（炭粒吸附SO2） c 尘粒本身无腐蚀性，又不吸收腐蚀活性物质，如砂粒落在金属表面会形成缝隙而凝结水分，形成氧浓差的局部腐蚀条件。,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,其他影响,HCl气体, 溶于水膜生成盐酸，加速腐蚀,H2S气体, 在干燥大气中引起铜、黄铜、银等变色, 在潮湿大气中加速铜、镍、黄铜、铁和镁的腐蚀,氯化物, 沿海地区受海风吹起的海水形成的细雾盐雾, 盐雾降落在

25、金属表面，氯离子溶于水中生成盐酸，对金属腐蚀破坏,很大 汗液,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,防止大气腐蚀的措施,提高材料的耐蚀性 向碳钢中加入Cu、P、Cr、Ni、微量Ca和Si 表面涂层保护 油漆、金属镀层或暂时性保护涂层。 改变局部大气环境 使用气相缓蚀剂和控制大气湿度 合理设计和环境保护 防止缝隙中存水，避免落灰 加强环保，减少大气污染,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,二、土壤腐蚀 由于土壤作为腐蚀性介质所具有的特征，使土壤腐蚀的电化学过程具有它自身的特点。 金属在土壤中的腐蚀与在电解液中的腐蚀本质都是电化学腐蚀。,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,二、土壤腐蚀 1.土壤电解质的特

26、点 （1）土壤性质和结构具有极大地不均匀性； （2）在土壤颗粒之间形成大量毛细管微孔或孔隙，孔隙中充满空气和水，盐类溶解在水中，土壤就成为电解质。 （3）土壤的固体部分认为固定不动的，仅有土壤中气相和液相可作有限的运动。 最具特征的性质：氧的传递（土壤的微孔输送）,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,二、土壤腐蚀 2.土壤腐蚀过程的特点 金属和介质的电化学不均匀性形成腐蚀电池 腐蚀电池腐蚀微电池、宏电池 金属土壤腐蚀的阴极过程主要是氧的去极化作用。 土壤的结构和湿度对氧的流动有很大影响。土壤越疏松，氧的渗透和流动就越容易，金属腐蚀就越严重。,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,2、土壤腐蚀的影响因

27、素 土壤性质 杂散电流的影响 土壤中的微生物的影响,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,土壤性质 土壤的孔隙度、含水量、电阻率、pH值以及含盐量等对土壤的腐蚀性有极大影响。 a.孔隙度的影响 孔隙度越大管道腐蚀越严重。 b.土壤中含水量的影响 随着含水量增加腐蚀速率增加，当含水量超过一定值以后，随着含水量的增加腐蚀速率减小；当土壤中含水在10%以下时，由于水分的短缺，土壤电阻加大，腐蚀速率急速降低。 c.电阻率的影响 土壤电阻率越小腐蚀速率越高。 d. pH的影响 随着pH的降低腐蚀速率增加。 e.含盐量的影响 土壤中含盐量越大电导率增大，从而提高土壤的腐蚀性。,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境

28、,杂散电流的影响 杂散电流腐蚀程度要比一般的土壤腐蚀激烈得多。,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,土壤中的微生物的影响 硫酸盐还原菌生存在土壤中是一种厌氧菌，它参加电极反应，将可溶的硫酸盐转化为硫化氢，加速了腐蚀作用。,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,与腐蚀有关的主要微生物的特性,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,防止土壤腐蚀的措施,覆盖层保护 焦油沥青、环氧煤沥青质 、聚乙烯塑 料胶带防腐层及泡沫塑料防腐层 改变土壤环境 石灰石碎块 、加强排水以降低水位 阴极保护 覆盖层和阴极保护法结合 使用杀菌剂或抑菌剂 改变环境条件抑制微生物生长,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,三、采出水腐蚀 在油

29、田开发过程中，为了保持地层压力，提高采收率，普遍采用注水开发工艺。初期采出液中含水很少常注清水。中、后期采出液中含水升高，经联合站脱水和污水处理后重新注入地层。水对金属设备和管道会产生腐蚀，尤其是含有大量杂质的油田污水对金属会产生严重的腐蚀。可以说，绝大多数油田设备内腐蚀的主要原因都是因采出水而引起的。,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,1、采出水腐蚀的影响因素及特征 溶解氧 二氧化碳 硫化氢 细菌腐蚀 溶解盐类 pH值 水温 流速 空泡磨蚀,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,1、采出水腐蚀的影响因素及特征 溶解氧 油田水中的溶解氧在浓度小于0.1mg/L时就能引起碳钢的腐蚀，因此，油层采出水

30、中溶解氧浓度最好是小于0.05mg/L，不能超过0.1mg/L。 二氧化碳 二氧化碳在水中的溶解度随压力增加而增大，随温度升高而降低。,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,1、采出水腐蚀的影响因素及特征 硫化氢 在油田采出水中往往含有硫化氢，它一方面来自含硫油田伴生气在水中的溶解，另一方面来自硫酸盐还原菌分解。碳钢在含H2S的水中会产生腐蚀 。 细菌腐蚀 在绝大多数注水开发的油田集输系统中均存在硫酸盐还原菌(SRB)，SRB的繁殖可使系统H2S含量增加，腐蚀产物中有黑色的FeS等存在，导致水质明显恶化，水变黑、发臭，不仅使设备，管道遭受严重腐蚀，而且还可能把杂质引入油品中，使其性能变差。,第二节

31、 采油及集输系统的腐蚀环境,1、采出水腐蚀的影响因素及特征 溶解盐类 油田水中含有相当数量的溶解盐，其中包括K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、CO、HCO3-、Ba2+、Sr2+等。 pH值 碳钢在碱性水中的均匀腐蚀速率低于酸性水。然而，在碱性水中，特别是水温较高时，如果出现沉积物又不加以控制，则将导致严重的局部腐蚀。因此，可以认为碱性体系将会降低碳钢的均匀腐蚀速率，但有可能增加局部腐蚀或结垢的危险。,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,1、采出水腐蚀的影响因素及特征 水温 一般情况下，水温升高，腐蚀速度增大。 流速 起初由于水的运动携带了更多的氧到达金属表面而增加了腐蚀速率

32、。在流速高到一定值后，足够的氧会到达金属表面，可能引起金属表面部分钝化，此时腐蚀速率会下降。如果流速再进一步增加，饨化膜或腐蚀产物膜的机械磨损又使腐蚀速率增加。 空泡磨蚀,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,2、部分油田采出水性质 各油田的地理位置不同，地下产出水的水质也不同，不同层位的地下水其水质也不相同，因而腐蚀状况及腐蚀因素也不相同，只有针对不同水质采取不同防腐措施才能取得一定的效果。,第二节 采油及集输系统的腐蚀环境,第二章 钻井、采油及集输系统的腐蚀与防护,第一节 钻井工程的腐蚀与防护 第二节 采油及集输系统的腐蚀环境 第三节 采油及集输系统中的腐蚀 第四节 采油及集输系统腐蚀的防护措

33、施,第三节 采油及集输系统中的腐蚀,一、油井的腐蚀 油水井油管、套管及井下工具的腐蚀，习惯称之为油井的腐蚀，一般受采出液及伴生气组成的影响较大，产生腐蚀的主要影响因素有CO2和采出水组成。 CO2腐蚀最典型的特征是呈现局部的点蚀、轮癣状腐蚀和台面状坑蚀。其中，台面状坑蚀是腐蚀过程最严重的一种情况。根据CO2分压的大小，一般可确定是否存在腐蚀。分压超过0.2MPa，有腐蚀；分压在0.05-0.2MPa，可能有腐蚀；分压小于0.05MPa，无腐蚀。,当油井采出液及伴生气中含有H2S或硫酸盐还原菌时，就有可能存在H2S腐蚀。 H2S的腐蚀特点是： 硫化氢离解产物HS-、S2-对腐蚀都有促进作用。 不

34、同条件下生成的腐蚀产物性质不同。如低温下形成FexSy促进腐蚀，温度较高时，形成的FeS则抑制腐蚀。 H2S除能引起局部腐蚀外，还容易引起硫化物应力开裂。根据NACE标准规定H2S分压超过310-4MPa时，敏感材料将会发生硫化物应力开裂。,第三节 采油及集输系统中的腐蚀,油井中的腐蚀主要有以下几种： （1）井下工具及抽油杆的腐蚀 （2）油管、套管的内腐蚀 （3）套管外腐蚀,第三节 采油及集输系统中的腐蚀,二、集输系统的腐蚀 油气集输系统指的是油井采出液从井口经单井管线进入计量间，再经计量支、干线进入汇管，最后进入油气集中联合处理站，处理后的原油进入原油外输管道，长距离外输。 根据油品性质和集

35、输工艺要求，有些原油还要经中转站加热、加压，再进入汇管。该系统中的油田建设设施主要包括原油集输管线，加热炉。伴热水或掺水管线，阀门、泵以及小型原油储罐等。其中以油气集输管线和加热炉的腐蚀对油田正常生产的影响最大。,第三节 采油及集输系统中的腐蚀,1、集输管线的外腐蚀 集输站外埋地管线，沿线土壤的腐蚀性及管线防腐保温结构的施工质量差、老化破损等导致管线外腐蚀。 管线外腐蚀的原因如下 ： 土壤腐蚀性 土壤的宏电池腐蚀 保温层破损 防腐层质量较差，阴极保护不足 杂散电流干扰腐蚀 硫酸盐还原菌对腐蚀的促进作用 温度影响,第三节 采油及集输系统中的腐蚀,2、集输管线的内腐蚀 集输管线的内腐蚀与原油含水率

36、、含砂、 产出水的性质、工艺流程、流速、温度等有密切关系。 集输管线的内腐蚀与原油含水率、含砂、产出水的性质、工艺流程、流速、温度等有密切关系。存在着以下腐蚀类型： 集输管线的管底部腐蚀。 输量不够的管线腐蚀。 油井出砂量大的区块的管线腐蚀。 渗水工艺的集输管线腐蚀。 含CO2产出水的腐蚀。 管线材质的影响。 未进行合理保护的影响。 流速的影响。,第三节 采油及集输系统中的腐蚀,3、加热炉的腐蚀 引起加热炉腐蚀的原因有以下三方面； 当原油中含有硫化物时，燃烧后会生成SO3或SO2，氧化硫与烟气中的水蒸气作用生成酸蒸气，然后与凝结的水作用生成液态硫酸或亚硫酸，亚硫酸或硫酸均是强腐蚀剂。 当金属管

37、壁的温度低于酸露点时，在壁面上会形成较多的稀硫酸、亚硫酸盐溶液，这些溶液大量吸附烟灰并发生反应形成大量致密坚硬的积灰。加速了金属管壁的腐蚀。 原油燃烧后留下的不可燃部分主要是钠、钾、钒、镁等金属的固体盐，还有碳素在燃烧不完全的情况下残留下来的微粒以及燃料油中的不能蒸发汽化的那部分重质烃类加热后发生分解留下的残碳。后者其形状近似球形，直径大致为10-200m左右。这些积灰堵塞烟道严重恶化传热性能，并加重管壁腐蚀。,第三节 采油及集输系统中的腐蚀,三、联合站设备的腐蚀 联合站是进行油、气、水三相分离及处理的场所，一般分为油区和水区两大部分。水区腐蚀比较严重，油区腐蚀常发生在水相部分或气相部分，如三

38、相分离器底部、罐底部、培顶部以及放水管线，加热盘管等。,第三节 采油及集输系统中的腐蚀,1、原油罐的腐蚀 联合站内原油罐的腐蚀包括外腐蚀和内腐蚀。 外腐蚀主要是底板外壁的土壤腐蚀和罐外壁的潮湿的大气腐蚀。 内腐蚀情况比较复杂，在油罐的不同部位腐蚀因素和腐蚀程度都有所不同。 罐内腐蚀特征为： a.罐底腐蚀 b.罐壁腐蚀 c.罐顶腐蚀,第三节 采油及集输系统中的腐蚀,2、三相分离器的腐蚀 三相分离器的腐蚀穿孔往往发生在焊缝及其附近，原因有以下两点： 焊条材质选择或使用不当时(尤其是焊条耐蚀性比钢板基体差时)，由于材质的不同，焊缝区域成为阳极，基体成为阴极。 焊缝附近的热影响区，其金相组织不均匀，电

39、化学行为活泼，易遭受腐蚀。 3、污水罐及污水处理设备的腐蚀 污水罐及污水站处理设备的腐蚀与含油污水水质、处理量以及不同工艺流程有关。,第三节 采油及集输系统中的腐蚀,四、注水系统的腐蚀 注水开发是保持地层压力和油田稳产的重要措施。注水系统的腐蚀与注入水水质密切相关。 1.注水管线的腐蚀 注水管线的内腐蚀主要受水腐蚀性影响和管道焊接施工质量、注水工艺等影响，常见的腐蚀类型如下： 均匀腐蚀。主要发生在水流动较好没有沉积物的注水系统，受水腐蚀影响，其金属表面比较平滑，没有明显的深度突变。虽然这种腐蚀对管线及设备没有突发性的破坏，但是较大的腐蚀速度会使水中含铁增高，从而引起地层堵塞。 焊接施工质量不好

40、引起的腐蚀。现场焊接因施工条件限制，焊缝易存在缺陷，如未焊透、塌陷、气孔等。 清、污水混注引起的腐蚀。,第三节 采油及集输系统中的腐蚀,2.注水井油套管的腐蚀 注水井油套管的腐蚀存在着以下特征： 主要是局部腐蚀穿孔。套管以内腐蚀为主，油管内外腐蚀都有。腐蚀严重井段在1000m以上，主要是由于污水中SRB，CO2和氯化物的共同侵蚀作用造成的。注水井环形空间内中上部的温度适合于SRB的生长，大量的氯离子则促进了点蚀的发生。中上部生成的腐蚀产物Fe9S8比较疏松，没有保护性能；中下部由于温度较高，细菌活力降低，生成的腐蚀产物FeS非常致密，所以中下部的腐蚀得到了控制。 油套管丝扣腐蚀占很大比例。主要

41、由于细菌腐蚀和应力腐蚀的综合作用。丝扣连接处的缝隙，是SRB理想的生长环境。 套管腐蚀穿孔有方向性，并且存在着机械擦伤现象。主要是由于在井斜变化较大的井段，作业中油管对套管的多次擦伤加速了套管的腐蚀穿孔。,第三节 采油及集输系统中的腐蚀,3.回水管线的腐蚀 对采用注水开发的油田，当注水压力升高，注采开发困难时，需要对注水井进行洗井作业，回水管线是将往水井中洗井水回收输送到联合站进行处理的管线。 因此，回水管线输送的水质较差，一般含有大量的悬浮物、污油、砂粒、垢物等，水质多呈黑色。又因洗井属间歇作业，不洗井时，管道中的水长期处于死水状态，大量的SRB繁殖、产生H2S，造成细菌腐蚀和沉积物垢下腐蚀

42、。,第三节 采油及集输系统中的腐蚀,4.注水泵腐蚀 油田供注水的泵，常采用标准的离心泵，其叶轮是用硅黄铜制作，在注水过程中，尤其是在污水中，表面发生脱锌作用，造成腐蚀坑或腐蚀洞，使叶轮很快损坏。 这种腐蚀的过程是：在水的冲刷作用下，含锌较高的部位处于阳极区，锌与铜一起被溶解。溶液中的铜又被沉积到周围附近阴极区，进而加速阴极区的腐蚀，腐蚀区的周围可观察到紫红色的铜沉淀层。,第三节 采油及集输系统中的腐蚀,第二章 钻井、采油及集输系统的腐蚀与防护,第一节 钻井工程的腐蚀与防护 第二节 采油及集输系统的腐蚀环境 第三节 采油及集输系统中的腐蚀 第四节 采油及集输系统腐蚀的防护措施,第四节 采油及集输

43、系统腐蚀的防护措施,在采油及集输系统中，由于不同环境引起金属腐蚀的原因不尽相同，且影响因素也非常复杂。对于系统内腐蚀主要是由于储存和输送的介质的各方面特性所决定，而外腐蚀是由大气、土壤等外部环境引起。 采油及集翰系统的内腐蚀控制的基本原则为： 因地制宜，一般实行联合保护 。,在油气田生产中，对内腐蚀主要采用以下保护措施： 根据不同介质和使用条件，选用合适的金属材料。 选用合适的非金属材料(如玻璃钢衬里及玻璃钢管线)及防腐层。 介质处理。 添加化学药剂。 合理的防腐蚀设计及改进生产工艺流程以减轻或防止金属的腐蚀。 每一种防腐蚀措施，都有其相应的应用范围和条件，各有优缺点。需相互配合，取长补短。,

44、一、材料选择 合理选材是有效抑制金属腐蚀的手段之一，在石油行业中主要是防腐层的选择、金属材料的选择和玻璃钢材料的选择。 1.影响选材的有关因素 材料的选择主要应考虑材料所处环境的特点：即环境的腐蚀因素、可能发生腐蚀类型等来选择适用的防腐层、耐蚀金属材料及非金属材料，同时应比较其经济性。选材时主要从以下两方面考虑： （1）设备的工作条件 （2）材料的性能,第四节 采油及集输系统腐蚀的防护措施,（1）设备的工作条件 介质、温度和压力等环境条件。 a.工作介质的浓度、成分、杂质等性质是选材时首先要分析和考虑的。 b. 所处的温度。通常温度升高，腐蚀速度加快。 c. 考虑压力是常压、中压、高压还是负压

45、。通常是压力越高，要求材料的耐蚀性能越高。 d. 考虑环境对材料的局部腐蚀，特别要注意晶间腐蚀、电偶腐蚀、缝隙腐蚀、孔蚀、应力腐蚀破裂及腐蚀疲劳等类型的局部腐蚀。 设备的类型和结构。 产品的特殊要求。,第四节 采油及集输系统腐蚀的防护措施,（2）材料的性能 对于耐蚀金属材料来讲除了要具有一定的机械性能、加工工艺性能外，材料的耐蚀性能也很重要。,第四节 采油及集输系统腐蚀的防护措施,2.油田常用金属材料 在油田采油和集输系统中，出于经济性的考虑，在一般情况下油田通常采用普通钢，辅以其他防腐手段如采用防腐层)。,第四节 采油及集输系统腐蚀的防护措施,3.玻璃钢材料的选择及应用 玻璃钢抽油杆诞生于2

46、0世纪70年代，由于具有质轻、耐蚀及较好的工艺性等优点，在国外已得到较普遍应用。大庆油田于1989年从美国引进玻璃钢抽油杆1750m，应用于4口井，取得一定的效果。 玻璃钢管诞生于50年代，现在其制造技术和工艺不断改善，质量和性能不断提高。 油气集输管线、注水管线、污水处理管线和油管及套管等都可采用玻璃钢管。,第四节 采油及集输系统腐蚀的防护措施,二、合理设计及工业设计措施 在油气生产的设计工作中，如果忽视了从防腐蚀角度进行合理的工艺设计，常常会出现金属弯曲应力集中，出现某些部位液体的停滞、局部过热、电偶电池形成等问题，这些都会引起或加速腐蚀过程。 对均匀腐蚀，一般只要在设计时增加一定的腐蚀裕

47、量即可。而对于局部腐蚀，则必须根据具体情况，在设计、加工和操作过程中采取有针对性的对策。,第四节 采油及集输系统腐蚀的防护措施,（1）防腐蚀结构设计的一般原则 结构形式应尽量简单。 防止残留液腐蚀和沉积物腐蚀。 尽可能不采用铆接结构而采用焊接结构。 法兰连接处密封垫片不要向内伸出，以免产生缝隙腐蚀或孔蚀。 为了避免容器底部与多孔性基础之间产生缝隙腐蚀，罐体不要直接坐在多孔性基础上，可在罐体上加裙式支座或其他支座。,第四节 采油及集输系统腐蚀的防护措施,为了防止高速流体直接冲击设备而造成冲击腐蚀，可在需要的地方安装可拆卸的挡板或折流板以减轻冲击腐蚀。 在设计时应避免承载零件在凹口、截面突变，尖角

48、、沟槽、键槽、油孔、级线等处产生应力集中。 焊接的设备，应尽可能减少聚集的、交叉的和闭合的焊缝，以减少残余应力。 为了避免产生电偶腐蚀，同一结构中应尽可能采用同一种金属材料。,第四节 采油及集输系统腐蚀的防护措施,（2）工艺流程的改进 油田中常用的工艺防腐措施主要有以下几种： 除去介质中的水分以降低腐蚀性。 采用密闭流程，坚持密闭隔氧技术，使水中氧的含量降低至0.02-0.05mg/L，以降低油田污水的氧腐蚀。 严格清污分注，减少垢的形成，避免垢下腐蚀。 缩短流程，减少污水在站内停留的时间。 对管线进行清洗，清除管线内的沉积物，以减少管线的腐蚀。,第四节 采油及集输系统腐蚀的防护措施,三、内外

49、防腐层及电化学保护 （1）内外防腐层 储罐、容器及架空管道外防腐层。 大气中的腐蚀性物质可分为腐蚀性气体、酸雾、颗粒物、滴溅液体等，其腐蚀性可分为强、较强、中、弱4级。外防腐材料可根据天气腐蚀性选择，见表2-27、表2-28、表2-29。,第四节 采油及集输系统腐蚀的防护措施,表2-27 常用涂料的选用,注：在碱性环境中，不应采用生漆、漆酚漆、酚醛漆和醇酸漆。 富锌涂料适用于海洋大气，在酸碱性环境中，只能作底漆。 室外不宜采用生漆、漆酚漆、酚醛漆和沥青漆。,第四节 采油及集输系统腐蚀的防护措施,表2-28 耐高温涂料的选用,表2-29 涂膜的厚度（微米）,在比较苛刻的环境条件下，如比较湿热或海洋大气条件下，外防腐层通常选用底层为热喷锌、喷铝或无机、有机富锌涂料。,埋地管道用外防腐层。 油气田所用的外防腐层一般分为普通级和加强级，有些防腐层也有特加强级。选择防腐层时应根据土壤的腐蚀性、相关的环境腐蚀因素、管道运行参数以及管道使用寿命等来确定。场、站、库内埋地管道，以及穿越铁路、公路