一、概述石油工业
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。
二、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,更换注水井套管耗费3950万元。
胜利油田某油区金属集输管道均匀腐蚀速度高达14mm/a,严重的不到半年就穿孔,造成大量油水外泄,大面积污染环境,不到两年就被迫全部更新。
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。
我国有相当多的油气构造含有CO2 ,如华北油田留路地区伴生气中CO2平均含量达42%,该区块自1984年4月开采到1985年7月,就有3口高产井因油管和套管受CO2腐蚀而报废,直接经济损失上千万元。从穿孔的形状看,大部分呈圆形或椭圆形,外小内大,呈八字形,说明油管的腐蚀是从管内开始的。
3、酸性气田中的钻井系统的腐蚀
A、腐蚀环境
腐蚀的对象:油管、套管、井下工具。
腐蚀性物质:CO2、H2S和采出水、微生物。
腐蚀介质:腐蚀介质包含大气、钻井液和地层产出。H2S、CO2、O2、Cl-和水分是主要腐蚀物质。
B、腐蚀类型:
1)一般电化学腐蚀;
2)由于抽油杆、活塞、阀等是处于运动状态,因此遭受严重的磨损腐蚀。在含水高又含较高的H2S的油井中,由于腐蚀疲劳、氢脆、应力腐蚀等原因,经常出现抽油杆的断裂;
(1)氧气造成的腐蚀
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。饱和盐水钻井液中含溶解氧量少,其腐蚀性弱。
(2)硫化氢造成的腐蚀,硫化氢腐蚀表现的形式有以下几种;
(a)电化学腐蚀。
(b)氢诱发裂纹(HIC)和氢鼓泡(HB)
HIC:金属表面空隙中含有过高的氢,造成金属表面出现裂纹。
HB:由于金属中过高的氢内压使金属在表面或表面下面形成鼓泡的现象。
(c)硫化物应力开裂(SSCC)。
干硫化氢无腐蚀性,硫化氢浓度200-400mg/L时腐蚀速率最大、Cl-、CO2等有促进作用、酸性溶液中明显
(3)二氧化碳造成的腐蚀
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。CO2分压:0.021MPa以下腐蚀很轻微,温度:60℃以下,无保护性产物膜生成,60-110 ℃,易出现局部腐蚀,150 ℃以上,腐蚀速率下降。
CO2/H2S分压比:小于500,硫化氢腐蚀为主,大于500,二氧化碳腐蚀为主
(4)钻井液造成的腐蚀
4、降低钻井液的腐蚀性
(a)添加除氧剂
(b)添加缓蚀剂
(c)添加除硫剂
(d)提高pH值
(f)消除腐蚀环境
5、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沿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)保温层破坏;
(4)防腐层质量差;
(5)细菌。