油井的腐蚀及防护课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,油井的腐蚀及防护技术,油井的腐蚀及防护技术,目 录,第一部分：腐蚀的危害,第三部分：金属,腐蚀的防护,第二部分：腐蚀的类型和基本原理,目 录第一部分：腐蚀的危害第三部分：金属腐蚀的防护第二部,金属腐蚀,是指金属表面与周围介质发生化学,或电化学反应而遭到破坏的现象（被氧化）,工业发达国家由于腐蚀造成的损失约占国民经济生产总值的,2%-4%,。目前美国每年的腐蚀经济损失已高达,3000,亿美元。,在我国的管道事故中，腐蚀造成破坏约占,30%,；我国东部油田管线腐蚀穿孔,2,万次,/,年，更换管线,400km/,年。,一、腐蚀的危害,金属腐蚀是指金属表面与周围介质发生化学工业发达国家由于腐蚀,腐蚀给油田的生产带来巨大的损失,胜利油田管线材料费直接经济损失就达,3,亿元，由于腐蚀更换管柱、管线频繁作业和影响生产，导致间接经济损失达,10,亿元左右。,全国各大油田的管线和管柱总计高达,10,亿余米，这方面的损失更分别高达,100,亿元和,1000,亿元之多。,腐蚀给油田的生产带来巨大的损失胜利油田管线材料费直接经济损失,普通杆腐蚀断,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,普通杆腐蚀断油管腐蚀穿孔油管腐蚀穿孔油管腐蚀穿孔防腐杆本体腐,泵杆腐蚀,泵杆的腐蚀,套管腐蚀,同时套管强度降低，引起其他类型的套损。,泵杆腐蚀泵杆的腐蚀套管腐蚀同时套管强度降低，引起其他类型的套,胜坨油田,的坨,712,井生产,80,天左右,即发生抽油杆磨蚀断脱和抽油泵柱塞多处穿孔,;36200,阀组至坨二站集油管线仅投产运行,89,天就出现腐蚀穿孔,235,天便全线报废,。,垦西油田,采油井井下工具的腐蚀主要表现为油管漏、泵漏、抽油杆断脱、光杆断。油管腐蚀导致油管螺纹损坏,现场表现为油管螺纹出现腐蚀沟槽,内壁呈坑状腐蚀。抽油泵由于缸套始终处于受磨状态,凡尔受到流体的冲击涡流腐蚀严重。,临盘采油厂临南油田,油水井的腐蚀严重影响了油田的正常生产和集输,造成大量原油损失,同时也造成了大批资金的被迫投入。,胜坨油田的坨712井生产80天左右,即发生抽油杆磨蚀断脱和抽,埕岛油田,目前共有平台,65,座,其中有,20,余座投产,5a,以上。,CB25A,CB25C,CB22A,CB11D,和,CB11G,等平台甲板、导管架锈蚀严重。利用,CYGNUS-1,型测厚仪,在,CB11B,平台对平台潮溅区、全浸区进行了水下腐蚀情况检测。结果表明：腐蚀速率为,0.45mm/a,左右，有的甚至高达,0.51mm/a,。,腐蚀,-,在油气井开发中，从地下管柱到地面管道和储罐以及各种工艺设备都会遭到腐蚀，严重影响注水开发效果，造成巨大的经济损失。,研究应用针对性的工艺方法预防和治理腐蚀，对于保证油田正常生产具有重要意义。,埕岛油田目前共有平台65座,其中有20余座投产5a以上。CB,二、金属腐蚀的基本原理,金属在使用过程中，与环境发生,氧化还原作用，,而损坏的过程,1,、关于腐蚀：,2,、金属腐蚀的原理,根据与环境作用不同，金属腐蚀的因素有：,（,1,）溶解氧的存在：,主要是金属表面与水接触时而在溶解氧作用下产生的电化学腐蚀。,二、金属腐蚀的基本原理金属在使用过程中，与环境发生氧化还原作,2H,+,+2eH,2,阳极反应,阴极反应,在酸性介质中,溶解氧的作用：,阴极去极化作用,2H+2eH2阳极反应阴极反应在酸性介质中溶解氧,在碱性介质中,阴极去极化作用,结果：引起点腐蚀，引起管线的穿孔,（,2,）硫化氢的存在,天然气中含有的硫化氢对管线及设备具有强烈的腐蚀性,了解硫化氢腐蚀情况,采取恰当的防腐措施对天然气的安全生产及成本降低具有至关重要的意义。,在碱性介质中阴极去极化作用结果：引起点腐蚀，引起管线的穿孔（,腐蚀机理：,一般认为干硫化氢没有腐蚀作用，在湿硫化氢（,H,2,S,H,2,O,）腐蚀环境中，碳钢设备发生两种腐蚀：,均匀腐蚀和湿硫化氢应力腐蚀开裂,。开裂的形式包括,氢鼓泡（,HB,）、氢致开裂（,HIC),、硫化物应力腐蚀开裂,(SSCC),和应力导向氢致开裂（,SOHIC,）,。,腐蚀特性：,常表现为由点蚀导致局部壁厚减薄、蚀坑,或,(,和,),穿孔，其腐蚀的特点有三个：,(,1),硫化氢离解产物,HS,-,、,S,2-,对腐蚀都有促进作用,;(,2),不同条件下生成的腐蚀产物性质不同,如低温下形成,Fe,x,S,y,促进腐蚀；,温度较高时,形成的,FeS,则抑制腐蚀,;(,3),H,2,S,除了能引起局部腐蚀外,还容易引起硫化物应力开裂。,氢鼓泡（,HB,）,:,是由于含硫化合物腐蚀过程析出的氢原子向钢中渗透，在钢中的裂纹、夹杂、缺陷等处聚集并形成分子，从而形成很大的膨胀力。随着氢分子数量的,腐蚀机理：一般认为干硫化氢没有腐蚀作用，在湿硫化氢（H2S,硫化物应力腐蚀开裂（,SSCC,）,也叫电化学失重腐蚀，是湿硫化氢环境中产生的氢原子渗透到钢的内部，溶解于晶格中，导致,氢脆,，在外加应力或残余应力作用下形成开裂。它通常发生在焊道与热影响区等高硬度区。,氢致开裂,（,HIC,）,是由于在钢的内部发生氢鼓泡区域，当氢的压力继续增高时，小的鼓泡裂纹趋向于相互连接，形成阶梯状特征的氢致开裂。氢致开裂的发生也无需外加应力。,增加，对晶格界面的压力不断增高，最后导致界面开裂，形成氢鼓泡，其分布平行于钢板表面。氢鼓泡的发生并不需要外加应力。,应力导向氢致开裂（,SOHIC,）,是在应力引导下，在夹杂物与缺陷处因氢聚集而形成成排的小裂纹沿着垂直于应力的方向发展。它通常发生在焊接接头的,硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）也叫电化学失重腐蚀，是湿硫化,热影响区及高应力集中区，如接管处、几何突变处、裂纹状缺陷处或应力腐蚀开裂处等。危害性大,影响硫化氢腐蚀 的因素：,I,）水的含量：,水是造成各种类型的电化学腐蚀的必要条件。没有水的存在,H,2,S,的腐蚀是轻微的，可以忽略。,II,）,温度：在低温范围内,钢在硫化氢水溶液中的腐蚀程度随温度的上升而增加。当温度由,55,上升到,84,时,其腐蚀速度大约增加,20,%;,若温度继续上升,其腐蚀速度反而降低,;,碳钢在,100200,之间的腐蚀速度最小。因为，,随温度升高,其具有保护性的腐蚀产物膜也逐渐由富铁、无规则几何微晶结构转变为富硫、有规则几何微晶结构的磁黄铁矿或黄铁矿,温度越高,转化过程越快,。这种结构转变后的腐蚀产物膜可降低高强度钢对,SSCC,的敏感性。,热影响区及高应力集中区，如接管处、几何突变处、裂纹状缺陷处或,III,）腐蚀体系气体总压力,P,及,H,2,S,分压,P,H2S,：,对于环境的腐蚀性有较大的影响,。,P,H2S,升高,从而,X,H2S,升高,最终导致,pH,值下降。溶液酸性增大,氢去极化腐蚀加剧。,NACE,用,H,2,S,的临界分压,P,H2S,=0.034,8,MPa,来区分其腐蚀性强弱,当,P,H2S,0.034,8,MPa,时,称为酸性气。,IV,）,pH,值影响：,pH,值不同,溶解在水中的,H,2,S,离解成,HS,-,和,S,2-,的百分比不同，对腐蚀的影响不同：,(,1),pH4.5,时，主要是,H,+,的去极化，腐蚀速度随溶液,pH,值升高而降低,;(,2),在,4.5pH8,H,2,S,可完全离解并形成较为完整的硫化铁保护膜。,III）腐蚀体系气体总压力P及H2S分压PH2S：对于,V,）氯离子：由于,Cl,-,存在：介质的导电能力增加、阻碍硫化物膜的生成以及始膜脱落,从而加速金属腐蚀,;,但若,Cl,-,浓度很高,由于,Cl,-,吸附能力强,大量吸附在金属表面,完全取代了吸附在金属表面的,H,2,S,、,HS,-,因而金属腐蚀反而减缓。,可见,Cl,-,对于低合金钢材的抗,H,2,S,腐蚀性有一定影响。随着,Cl,-,浓度增加,抗,H,2,S,腐蚀性减弱。但是,在过高的,Cl,-,浓度范围内,抗,H,2,S,腐蚀性得到改善。,V）氯离子：由于Cl-存在：介质的导电能力增加、阻碍硫化物,二氧化碳溶于水后对部分金属材料有极强的腐蚀性。由此而引起的材料破坏统称为,CO,2,腐蚀。,CO,2,在水介质中能引起钢铁迅速的全面腐蚀和严重的局部腐蚀。,CO,2,腐蚀典型的特征是,呈现局部的点蚀、癣状,腐蚀和台面,状腐蚀。,随着油气井含水量的增加、深层含,CO,2,油气层的开发日益增多，注,CO,2,强化采油工艺的推广，我国埋地管道,80,以上是,1978,年以前建成的。目前已进入老龄期，漏油事故就日益增多。,CO,2,腐蚀问题越来越突出。已成急待解决的重要课题,(3)CO,2,的存在,CO,2,的腐蚀机理,:,二氧化碳腐蚀遵循以下机理：阳极反应,二氧化碳溶于水后对部分金属材料有极强的腐蚀性。,Fe+H,2,OFeOH,ad,+H,+,+e,；,FeOH,ad,FeOH,+,+e;FeOH,+,+H,+,Fe,2+,+2H,2,O,阴极反应有两种：,I,）非催化的氢离子阴极还原反应：,CO,2sol,+H,2,OH,2,CO,3sol,；,H,2,CO,3sol,H,+,+HCO,3,-,；,H,+,sol,H,+,ad,；,H,+,ad,+eH,ad,；,H,ad,+H,+,ad,+e 2H,ad,；,2H,ad,H,2ad,；,H,2ad,H,2sol,；,H,ad,H,ab,；,II,）表面吸附,CO,2ad,的氢离子催化还原反应：,CO,2sol,CO,2ad,；,CO,2ad,+2H,2,O H,2,CO,3ad,；,H,2,CO,3ad,+e H,ad,+HCO,3ad,-,；,H,2,CO,3ad,H,+,+HCO,3ad,-,；,H,+,ad,+eH,ad,；,HCO,3ad,-,+H,sol,+H,2,CO,3ad,；,H,ad,+H,+,ad,+e H,2ad,；,2H,ad,H,2ad,；,H,ad,H,ab,Fe+H2OFeOHad+H+e ；,式中,ad,，,sol,，,ab,分别为吸附、溶液和吸收：,H,ad,表示吸附在钢铁表面的氢原子，,H,ab,表示渗入钢铁内即钢铁所吸收的氢原子，,H,+,sol,表示溶液介质体系中的,H,+,。其中,吸附在钢铁表面的氢原子既可能结合成,H,2,脱附，也可能被金属吸收，从而导致产生,氢脆,。二氧化碳分子也可以直接被吸附在钢铁表面从而对钢铁表面产生作用。总的腐蚀反应方程式为：,Fe +2CO,2,+2H,2,O,Fe +2H,2,C0,3,Fe +2H,2,C0,3,Fe,2+,+H,2,+2HC0,3,-,二氧化碳腐蚀的影响因素：,I,）温度：,由于随温度升高,CO,2,在钢铁表面形成的,FeCO,3,晶粒的形态、致密性以及与本体结合由松软、粗大变为细小、致密和强的附着力，因而随温度升高（,60100150,）特点是全慢、快点、到钝化膜形成腐蚀速度减小。,式中ad，sol，ab分别为吸附、溶液和吸收：Had表示吸附,II,）,CO,2,的分压：,在中低温时，,p,CO2,增大，腐蚀速度加快；在高温时，,p,CO2,增大，腐蚀速度减小。,III,）流速的影响：,流速增大，去极化速度加快，且阻碍着保护膜的生成，从而腐蚀加剧，甚至导致严重的局部腐蚀。,IV,）,pH,值和介质成分的影响：,pH,值的增大，降低了原子氢还原反应速度，从而腐蚀速率降低。,钢铁在,3,NaC1,的盐水溶液中腐蚀最为严重。,Ca,2+,、,Mg,2+,的存在，通过影响钢铁表面腐蚀产物膜的形成和性质来影响腐蚀特性，具体降低,CO,2,的全面腐蚀，加剧局部腐蚀；另外，溶解氧的存在也会引发严重的局部腐蚀。,另外，金属材料本身的组成、处理工艺不同，对,CO,2,腐蚀的敏感性也有较大的差异（,13Cr,）,II）CO2的分压：在中低温时，pCO2增大，腐蚀速度加快；,硫酸盐还原菌在金属腐蚀中的作用原理：,硫酸盐还原菌属于厌氧菌，但在少量氧环境中也能存活。,（,4,）细菌引起的腐蚀