油气输送管道沉积物下局部腐蚀机理研究

1、油气输送管道沉积物下局部腐蚀机理研究l油气开发过程中，腐蚀是油气输送管道失效的最主要形式之一。l在众多管道腐蚀形式中，以沉积物下腐蚀对管道的影响最为严重。沉积物下腐蚀包括点蚀，缝隙腐蚀，台地状腐蚀，细菌腐蚀等。l油气输送管道的腐蚀失效严重影响油气工业的安全生产，往往造成重大经济损失、人员伤亡和环境污染等灾难性事故，是油气工业一直以来所面临的重大难题。因此，搞清沉积物下腐蚀机理，进而建立可靠的防护措施是油气工业腐蚀科学工作者长期以来的挑战，这对油气工业的安全生产不仅具有重要的理论意义和学术价值，而且具有重大的工程价值。选题的目的和意义沉积物的来源与组成沉积物来源：油气、油砂输送管道内传输的腐蚀性

2、介质中往往含有大量的固体颗粒，这些固体颗粒来源于开采过程中伴随砂粒的产出、腐蚀产物,水垢的脱落和细菌沉积物等。沉积物的组成：无机盐垢：如CaCO3、CaSO4、BaSO4等腐蚀产物：FeO(OH)、Fe2O3和FeCO3等细菌的沉积物：腐生菌(TGB)（好养）和硫酸盐还原菌(SRB）（厌氧）的代谢产物等国内外研究概况德雷乌斯等人利用两套三电极体系统（一套有沉积物覆盖，一套无沉积物覆盖）研究了沉积物下缓蚀剂的缓蚀性能，发现抑制沉积物下的腐蚀需要更高的缓蚀剂浓度。但没有考虑沉积物覆盖和无沉积物覆电极之间的电偶腐蚀效应。国内外研究概况佩德森等人研究了沉积物覆盖和无沉积物覆电极之间的电偶腐蚀效应，发现

3、沉积物覆盖的电极作为阳极发生严重腐蚀，而无沉积物覆盖的电极作阴极而受到一定程度的保护。优点：反映沉积物覆盖和无沉积物覆电极之间的电偶腐蚀效应。缺点：不能有效反映沉积物下局部环境变化而导致沉积物下电极表面局部腐蚀行为差异，从而无法从根本上揭示沉积物下局部腐蚀萌生和发展的机制。国内外研究概况也有一些研究者应用人工点蚀电极（artificial pit electrode）研究沉积物覆盖下的点蚀电极与无沉积物覆盖的大电极之间的电偶腐蚀电流。此方法与佩德森的方法存在同样的不足，即不能反映沉积物下局部的腐蚀电化学行为差异以及离子的扩散过程，也不能提供沉积物下局部腐蚀的空间信息。国内外研究概况国内一些科学

4、家曾利用利用自行研制的双速流动实验装置和电偶腐蚀速度测量仪研究沉积物下腐蚀。最近则有一些科学家利用一种能模拟沉积物下腐蚀自催化过程的闭塞电池研究垢下腐蚀行为。研究目标测试技术：阵列电极和电化学测试技术。研究对象：油气、油砂输送管道（碳钢、不锈钢）。研究目标：探明沉积物下腐蚀介质环境的变化规律，搞清沉积物下不同位置处电极以及无沉积物覆盖电极的腐蚀电化学行为、钝化行为、腐蚀产物膜以及钝化膜结构特征的内在差异，揭示沉积物下局部腐蚀和钝化膜破坏机理，同时揭示缓蚀剂对沉积物下腐蚀的缓蚀效果和缓蚀机制。研究目的：为建立沉积物下腐蚀的防护措施提供基本理论依据。研究内容1.1. 油气、油砂输送管道中沉积物下腐

5、蚀介质环境演化油气、油砂输送管道中沉积物下腐蚀介质环境演化 研究油气、油砂输送管道中沉积物下腐蚀介质环境（pH值、Cl-浓度、氧浓度等）与本体腐蚀介质环境的差异性，确定不同条件中沉积物下腐蚀介质环境的演化规律。2.2. 油气、油砂输送管道中沉积物下的腐蚀机理研究油气、油砂输送管道中沉积物下的腐蚀机理研究 在沉积物下布置碳钢阵列电极，研究阵列电极之间以及阵列电极与无沉积物覆盖电极之间的腐蚀电化学行为以及腐蚀产物膜结构特征的差异。 研究沉积物下阵列电极之间以及阵列电极与无沉积物覆盖电极之间的电偶效应。 在沉积物下布置不锈钢阵列电极，研究不同位置处阵列电极以及无沉积物覆盖电极的钝化行为，确定电极表面

6、钝化膜的微观结构和半导体特性（半导体类型、载流子浓度）的差异性，从而揭示沉积物下钝化膜的保护性及其破坏机制。研究内容3.3. 缓蚀剂对油气、油砂输送管中道沉积物下腐蚀的缓蚀作用缓蚀剂对油气、油砂输送管中道沉积物下腐蚀的缓蚀作用效果和机制效果和机制 在沉积物下布置碳钢阵列电极，在腐蚀介质中添加缓蚀剂，研究阵列电极之间以及阵列电极与无沉积物覆盖电极之间的腐蚀电化学行为以及腐蚀产物膜结构特征的差异，建立沉积物下腐蚀速率、腐蚀电流、电位区域分布图。探明缓蚀剂对沉积物下和无沉积物覆盖电极的缓蚀作用效果的差异性，揭示缓蚀剂在沉积物下腐蚀的缓蚀机制。研究方法1. 应用pH、Cl-和氧电极测试不同沉积物下（砂

7、粒、腐蚀产物、垢）腐蚀介质中的pH值、Cl-浓度和氧浓度与本体腐蚀介质中的差异性，揭示不同条件下沉积物下腐蚀介质环境的演化规律。2. 在沉积物下布置碳钢阵列电极，利用电化学测试方法（包括线性极化法、极化曲线、电化学阻抗谱等）研究沉积物下不同位置处以及无沉积物覆盖电极的腐蚀电化学行为的内在差异，确定电极腐蚀过程中阳极、阴极反应的动力学过程，建立沉积物下腐蚀电流、电位区域分布图。3. 利用SEM、EDS分析沉积物下阵列电极以及无沉积物覆盖电极在不同条件下腐蚀试验后腐蚀产物膜的微观形貌及化学成分；利用XRD、XPS分析腐蚀产物的物相组成，确定腐蚀产物膜微观结构特征的差异性，揭示在沉积物下腐蚀产物膜的

8、生长机制以及其保护性。研究方法4. 应用零电阻计（ZRA）和电化学噪声测试不同位置处阵列电极之间以及阵列电极与无沉积物覆盖电极之间的电偶电流、耦合电位和电化学噪声特征，建立电偶电流、耦合电位区域分布图，揭示沉积物下局部腐蚀机理。5. 在沉积物下布置不锈钢阵列电极，利用电化学方法（极化曲线、电化学阻抗谱、Mott-schottky 测试）研究沉积物下阵列电极以及无沉积物覆盖电极的钝化行为，确定钝化膜的半导体类型、载流子浓度。结合氩离子轰击剥层，利用XPS分析钝化膜元素含量和价态的深度分布，确定钝化膜的微观结构组成，探明沉积物下不同位置处电极以及无沉积物覆盖电极钝化膜对基体保护性的差异性，揭示沉积

9、物下电极表面钝化膜的破坏机制。研究方法6. 在沉积物下布置碳钢阵列电极，在腐蚀介质中添加不同浓度的缓蚀剂，利用电化学测试方法（包括线性极化法、极化曲线、电化学阻抗谱等）研究沉积物下阵列电极以及无沉积物覆盖电极的腐蚀行为，建立沉积物下腐蚀速率、腐蚀电流、电位区域分布图。确定缓蚀剂对沉积物下和无沉积物覆盖电极的缓蚀作用效果的差异性，揭示缓蚀剂在沉积物下腐蚀的缓蚀机制。目前试验进展CST520阵列丝束电极电位电流扫描仪参考文献1 J.A.M. de Reus, E.L.J.A. Hendriksen, M.E. Wilms, Test methodologies and field verifica

10、tion of corrosion inhibitors to address under deposit corrosion in oil and gas production systems, NACE Corrosion/2005, paper no. 288.2 张学元，邸超，陈卓元，王凤平，杜元龙,LN209油井管沉积物下方腐蚀行为，腐蚀科学与防护技术/1999：1-5.3 J. P. Smith, I. H. Gilbert, R. W. Kidder and Syamsudin, Inhibition of CO2 corrosion in multiphase flow and

11、 solids production. A case history, NACE Corrosion/2001, paper no. 029. 4 D. I. Horsup, J. C. Clark, Bernard, P. Binks, I put it in, but where does it go?- the fate of corrosion inhibitors in multiphase systems, NACE Corrosion/2007, paper No. 617.5 A. Pedersen, K. Bilkova, E. Gulbrandsen, J. Kvarekvl, CO2 corrosion inhibitor performance in the presence of solids: test method development, NACE Corrosion/2008, paper No. 6326 W. H. Durnie