钻井采油及集输系统的腐蚀与防护

腐蚀与防护钻井、采油及集输系统的腐蚀与防护

1整理课件第二章钻井、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，更换注水井套管消耗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腐蚀类型特征应力腐蚀由残余或外加应力导致应变和腐蚀联合作用产生材料破坏过程，如钻杆表面出现腐蚀裂缝甚至断裂腐蚀疲劳金属材料在交变应力与腐蚀联合作用下，使材料产生破坏，破坏沿管壁四周方向发生且垂于钻杆轴线硫化物应力开裂金属在硫化物，特别是在硫化氢环境中产生的应力腐蚀破裂，无明显腐蚀痕迹，断口平整破裂，断裂时间可能很短点蚀（坑点腐蚀）产生点或坑状的腐蚀，且从金属表面向内扩展，一般开口处直径小于点穴深度，因此，也称孔蚀缝隙腐蚀由于狭缝和间隙的存在，在狭缝内或近旁产生腐蚀沉积物腐蚀由于腐蚀产物或其他物质如钻井液的沉积，在其下面或周围发生腐蚀湍流腐蚀（冲蚀）流体高速流动及载有悬浮颗粒的冲刷和腐蚀联合作用使材料破坏微生物腐蚀由于硫酸盐还原菌使无机硫酸盐还原成硫化氢，使钻杆、套管发生硫化物应力开裂。在氧充分的水中，好氧细菌使水中硫氧化成硫酸，加速钢的腐蚀磨损腐蚀由腐蚀或两接触面间滚动滑移而引起磨损的联合作用使材料破裂，通常发生在滚动构件的机械结合处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钻井液类型腐蚀速率，mm/a新鲜水1.85-9.26非分散低固相1.85-9.29海水9.26KCl聚合物9.26饱和NaCl1.23-3.09油基泥浆﹤1.231、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腐蚀介质温度，℃实验方法腐蚀速率，g/（m2·h）腐蚀描述15%NaCl20静态挂片0.0736均匀腐蚀36%NaCl20静态挂片0.0416均匀腐蚀15%NaCl+10%Na2SO420静态挂片0.0342均匀腐蚀47%CaCl2130动态扰动1.3920疏松腐蚀物25%ZnBr220静态挂片0.0385均匀腐蚀25%ZnBr2170静态挂片161.7460腐蚀严重挂片类型不同类型的盐水对钢的腐蚀速率不同，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/(m2·h)，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。〔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不同密度加重钻井液的腐蚀效率重晶石加量%密度g/cm3腐蚀速率g/（m2·h）腐蚀描述501.540.0539有点蚀1001.700.1891局部腐蚀，面积小1601.960.2888局部腐蚀，面积大〔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/(m2·h)增大到0.2888g/(m2·h)，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。〔3〕钻井液pH值对腐蚀的影响表2-5pH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。

流体构成NaCl含量%pH值腐蚀速率g/（m2·h）广208泥浆24.55.00.438.00.3310.00.072、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，局部氧溶解在钻井液中，直到饱和状态。水中的氧到达饱和时可含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。

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腐蚀介质温度，℃实验方法腐蚀速率，g/（m2·h）腐蚀描述15%NaCl20静态挂片0.0736均匀腐蚀36%NaCl20静态挂片0.0416均匀腐蚀15%NaCl+10%Na2SO420静态挂片0.0342均匀腐蚀47%CaCl2130动态扰动1.3920疏松腐蚀物25%ZnBr220静态挂片0.0385均匀腐蚀25%ZnBr2170静态挂片161.7460腐蚀严重氧对钢材的腐蚀作用如下：①电化学腐蚀。反响式：4Fe+6H2O→4Fe(OH)3Fe(OH)3在pH值低于4时形成沉淀。阳极处：Fe→Fe2+阴极处：O2+2H2O+4e→4OH-②附着铁锈下的氧浓差电池腐蚀。③氧作为耗氧细菌的原料，使细菌大量繁殖产生腐蚀。④氧与其他腐蚀因素产生协同效应，加速钢材腐蚀。

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。3、硫化氢硫化氢对钻具及钻井设备具有强烈的腐蚀性。侵入钻井液体系的硫化氢可来自以下几个方面：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响。d.细菌对存在于钻井液中硫酸盐的作用。

3、硫化氢硫化氢腐蚀表现的形式有以下几种：①电化学腐蚀。②氢诱发裂纹(HIC)和氢鼓泡〔HB)。③硫化物应力开裂〔SSC〕。

氢鼓泡硫化物应力开裂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。分两局部：硫化氢的电化学腐蚀相比于二氧化碳和氧气，硫化氢在水中溶解度很高，且溶解后呈酸性。

硫化氢电离产物吸附在金属外表，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响，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反响生成碳酸，引起腐蚀作用。碳酸与铁反响生成碳酸铁，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，CO2腐蚀就严重，反之，pH升高，腐蚀性降低，但该介质易结垢。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①控制pH值。通常将钻井液泥浆pH值提高到10以上。②正确选择缓蚀剂。③添加除氧剂。国内外广泛使用的除氧剂为亚硫酸盐。④选择性添加除硫剂。除硫剂的作用原理：通过化学反响将钻井液中的可溶性硫化物等转化成一种稳定的，不与钢材起反响的惰性物质，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。⑤控制含砂量。采用固体或气体复原剂复原去除铁矿石或球团中的氧得到的内部含有海绵状孔隙的铁。海绵铁滤料

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有害因素来源减缓腐蚀方法氧充气

采用潜水枪或下部装料斗排出等来减少充气量；使泥浆pH值大于或等于10；采用除氧剂。硫化氢地层侵入

使泥浆pH值大于成等于10；采用有机缓蚀剂或除硫剂以及油基泥浆；保持足够静水压以防地层流体侵入。硫化氢细菌对泥浆成分的热降解

保持泥浆pH值大于成等于10；对细菌进行处理，选择使用温度下保持热稳定性的泥浆系统。二氧化碳细菌作用地层侵入

使泥浆pH值大于成等于10；使用缓蚀剂和保持足够的静水压以防地层流体侵入。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，提起钻杆取下腐蚀试验环进行检测。①腐蚀试验环的安装。②腐蚀试验环的处理。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外表冲刷而产生的腐蚀，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〔%〕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钻杆常见的问题及原因根据全国油气田钻具失效情况调查分析，得到如下结论：①腐蚀疲劳是钻杆失效的最主要的形式，约占55%-85%。②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。③钻杆腐蚀疲劳多与先期的点蚀有关，对管体外表的机械损伤十分敏感。④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。⑤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①损伤缺陷和坑点腐蚀的影响。②应力的影响。③机械力的影响。④外表防腐层的影响。⑤材质韧性的影响。3、防止钻杆腐蚀疲劳破坏措施①必须采取正确的操作步骤，尽量防止产生各种应力。②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pH≥10才行，pH值低于10时要使用缓蚀剂。③选用内防腐层钻杆，钻杆寿命可提高1~3倍。④在硫化物环境中，防止采用高强度钻杆或钻杆接头。⑤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。⑥要考虑钻杆的冲击韧性。⑦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。⑧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。⑨根据钻具负荷采用内平钻杆，推广加厚结构改进型新钻杆。四、钻杆内防腐层应用实例实践说明，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→连续护枯燥→面漆喷涂→批式炉固化→质量检查。〔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，防腐层外表仍光滑，未发现内壁腐蚀坑点。此时，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、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(0~766m和1955

~2083m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，就是指金属材料在常温下潮湿空气中的腐蚀。成分克/米３重量％成分毫克/米３重量ppm空气1172100氖(Ne)1412氮(N2)87975氪(Kr)43氧(O2)26923氦(He)0.80.7氩(Ar)151.26氙(Xe)0.50.4水蒸汽80.70氢(H2)0.050.04二氧化碳0.50.04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响。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)。•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•大气腐蚀以均匀腐蚀为主–也包括点蚀、缝隙腐蚀、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。①枯燥的大气腐蚀②潮湿的大气腐蚀

③可见液膜下的大气腐蚀

①枯燥的大气腐蚀在空气非常枯燥的条件下，金属外表不存在水膜时的腐蚀称为干的大气腐蚀。其特点是在金属外表形成一层保护性氧化膜(1-10nm)，并常常伴随金属外表的失泽。如铜、银被硫化物污染的空气腐蚀所造成的失泽现象。②潮湿的大气腐蚀大气的相对湿度在100％以下，金属外表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。

假设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。③可见液膜下的大气腐蚀水分在金属外表已成液滴凝聚而形成肉眼可见的液膜层(1m-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外表上时，就发生这种腐蚀。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外表，故阴极过程主要依靠氧的去极化作用，即氧向阴极外表扩散，作为去极化剂，在阴极进行复原反响。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+4e→4OH-酸性介质：O2+2H-+4e→2H2O〔2〕阳极过程金属作为阳极发生溶解的过程M+xH2O→Mn+·xH2O+ne3、大气腐蚀的特点〔1〕枯燥的大气腐蚀：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外表上存在的水膜中时，由电化学腐蚀引起的。①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②水膜〔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。③金属外表水膜下的腐蚀主要是由于金属外表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。4、大气腐蚀的影响因素

①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)。

4、大气腐蚀的影响因素②SO2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4、大气腐蚀的影响因素②SO2的影响SO2溶于金属外表的水膜，可反响生成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，在阴极上去极化反响如下：③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④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，如砂粒落在金属外表会形成缝隙而凝结水分，形成氧浓差的局部腐蚀条件。⑤其他影响HCl气体–溶于水膜生成盐酸，加速腐蚀

H2S气体–在枯燥大气中引起铜、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–盐雾降落在金属外表，氯离子溶于水中生成盐酸，对金属腐蚀破坏

很大–汗液防止大气腐蚀的措施提高材料的耐蚀性 –向碳钢中参加Cu、P、Cr、Ni、微量Ca和Si外表涂层保护 –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，防止落灰–加强环保，减少大气污染二、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。二、土壤腐蚀1.土壤电解质的特点〔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〕土壤的固体局部认为固定不动的，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〕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。2、土壤腐蚀的影响因素

土壤性质

杂散电流的影响

土壤中的微生物的影响

①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。②杂散电流的影响杂散电流腐蚀程度要比一般的土壤腐蚀剧烈得多。③土壤中的微生物的影响硫酸盐复原菌生存在土壤中是一种厌氧菌，它参加电极反响，将可溶的硫酸盐转化为硫化氢，加速了腐蚀作用。与腐蚀有关的主要微生物的特性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三、采出水腐蚀在油田开发过程中，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。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1、采出水腐蚀的影响因素及特征①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，油层采出水中溶解氧浓度最好是小于0.05mg/L，不能超过0.1mg/L。

②二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。1、采出水腐蚀的影响因素及特征③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复原菌分解。碳钢在含H2S的水中会产生腐蚀。④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复原菌(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。1、采出水腐蚀的影响因素及特征⑤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。⑥pH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，那么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。1、采出水腐蚀的影响因素及特征⑦水温一般情况下，水温升高，腐蚀速度增大。⑧流速起初由于水的运动携带了更多的氧到达金属外表而增加了腐蚀速率。在流速高到一定值后，足够的氧会到达金属外表，可能引起金属外表局部钝化，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。⑨空泡磨蚀2、局部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或硫酸盐复原菌时，就有可能存在H2S腐蚀。H2S的腐蚀特点是：①硫化氢离解产物HS-、S2-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FexSy促进腐蚀，温度较高时，形成的FeS那么抑制腐蚀。③H2S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3×10-4MPa时，敏感材料将会发生硫化物应力开裂。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。

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：①土壤腐蚀性②土壤的宏电池腐蚀③保温层破损④防腐层质量较差，阴极保护缺乏⑤杂散电流干扰腐蚀⑥硫酸盐复原菌对腐蚀的促进作用⑦温度影响2、集输管线的内腐蚀

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。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：①集输管线的管底部腐蚀。②输量不够的管线腐蚀。③油井出砂量大的区块的管线腐蚀。④渗水工艺的集输管线腐蚀。⑤含CO2产出水的腐蚀。⑥管线材质的影响。⑦未进行合理保护的影响。⑧流速的影响。3、加热炉的腐蚀引起加热炉腐蚀的原因有以下三方面；①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。②当金属管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响形成大量致密坚硬的积灰。加速了金属管壁的腐蚀。③原油燃烧后留下的不可燃局部主要是钠、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局部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10-200μm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。三、联合站设备的腐蚀联合站是进行油、气、水三相别离及处理的场所，一般分为油区和水区两大局部。水区腐蚀比较严重，油区腐蚀常发生在水相局部或气相局部，如三相别离器底部、罐底部、培顶部以及放水管线，加热盘管等。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。①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。②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2、三相别离器的腐蚀三相别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：①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。②焊缝附近的热影响区，其金相组织不均匀，电化学行为活泼，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。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：①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，其金属外表比较平滑，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。②焊接施工质量不好引起的腐蚀。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。③清、污水混注引起的腐蚀。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：①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，大量的氯离子那么促进了点蚀的发生。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。②油套管丝扣腐蚀占很大比例。主要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。③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屡次擦伤加速了套管的腐蚀穿孔。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。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，外表发生脱锌作用，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根本原那么为：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：①根据不同介质和使用条件，选用适宜的金属材料。②选用适宜的非金属材料(如玻璃钢衬里及玻璃钢管线)及防腐层。③介质处理。④添加化学药剂。⑤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。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〔1〕设备的工作条件①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。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。②设备的类型和结构。③产品的特殊要求。〔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。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)。3、玻璃钢材料的选择及应用玻璃钢抽油杆诞生于20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。二、合理设计及工业设计措施在油气生产的设计工作中，如果无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量即可。而对于局部腐蚀，那么必须根据具体情况，在设计、加工和操作过程中采取有针对性的对策。〔1〕防腐蚀结构设计的一般原那么①结构形式应尽量简单。②防止残留液腐蚀和沉积物腐蚀。③尽可能不采用铆接结构而采用焊接结构。④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。⑤为了防止容器底部与多孔性根底之间产生缝隙腐蚀，罐体不要直接坐在多孔性根底上，可在罐体上加裙式支座或其他支座。⑥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。⑦在设计时应防止承载零件在凹口、截面突变，尖角、沟槽、键槽、油孔、级线等处产生应力集中。⑧焊接的设备，应尽可能减少聚集的、交叉的和闭合的焊缝，以减少剩余应力。⑨为了防止产生电偶腐蚀，同一结构中应尽可能采用同一种金属材料。〔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：①除去介质中的水分以降低腐蚀性。②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。③严格清污分注，减少垢的形成，防止垢下腐蚀。④缩短流程，减少污水在站内停留的时间。⑤对管线进行清洗，去除管线内的沉积物，以减少管线的腐蚀。三、内外防腐层及电化学保护〔1〕内外防腐层①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。环境腐蚀程度涂料名称强腐蚀过氯乙烯涂料、聚氯乙烯涂料、氯磺化聚乙烯徐料、氯化橡胶涂料、生漆、漆酚漆、环氧树脂涂料中等腐蚀环氧树脂涂料、聚氯乙烯涂料，氯磺化聚乙烯涂料、氯化像胶涂料、高氯化聚乙烯涂料、聚氨酯防涂料、沥青漆、酚醛树脂涂料、环氧沥青漆弱腐蚀酚醛树脂涂料、醇酸树脂涂料、油基涂料、富锌涂料、沥青漆表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。表2-28耐高温涂料的选用环境腐蚀程度耐温度，℃涂料名称中等腐蚀≤250氯磺化聚乙烯改性耐高温涂料、改性聚氨酯涂料弱腐蚀300-45