淺析H2S氣體對(duì)井下測(cè)試工具的腐蝕特性及對(duì)策

張珂

摘要：我國(guó)境內(nèi)的不少油氣井中都含有同一種氣體，即H2S（硫化氫），它在正常情況下是一種無(wú)色的氣體，但與水融合后便具有一定的腐蝕性，能夠?qū)τ途械臏y(cè)試工具產(chǎn)生一定的腐蝕效果。本文便以氣體H2S為研究對(duì)象，謹(jǐn)慎分析了H2S此種氣體在遇水后對(duì)測(cè)試工具腐蝕的原理，同時(shí)還探究了影響H2S腐蝕程度的幾種因素，從而依據(jù)已知信息提出應(yīng)對(duì)H2S氣體對(duì)井下測(cè)試工具的腐蝕的有效對(duì)策。

關(guān)鍵詞：H2S氣體 測(cè)試工具 腐蝕原理 有效對(duì)策

從簡(jiǎn)單的化學(xué)層面分析來(lái)看，H2S（硫化氫）氣體是一種無(wú)機(jī)化合物，于正常情況下是一種無(wú)色氣體，濃度較低時(shí)常常挾有一種類似臭雞蛋的氣味，濃度高時(shí)氣味反而消失。此種氣體的化學(xué)性質(zhì)不夠穩(wěn)定，具有易燃的特性，與水相溶之后會(huì)呈現(xiàn)出一定的腐蝕性，對(duì)于人體有著較大的危害，人吸食后嚴(yán)重的話可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)直接死亡，可見(jiàn)其危害性較大。這種氣體在石油氣井中存在較多，一般含量處于0.1%以下，不乏有某些地區(qū)氣井中的含量較高，此處就不一一舉例說(shuō)明。雖說(shuō)H2S氣體在油氣井中廣泛存在，但是它對(duì)于測(cè)試施工卻具有一定的阻礙性，常常會(huì)嚴(yán)重腐蝕測(cè)試工具甚至造成工具斷裂，無(wú)疑成了測(cè)試工作的一大阻礙因素。

1 H2S氣體腐蝕井下測(cè)試工具的原理分析

H2S氣體之所以會(huì)對(duì)井下測(cè)試工具產(chǎn)生腐蝕，其中最為關(guān)鍵的原因就是H2S氣體和水溶解后呈現(xiàn)弱酸性，進(jìn)而具備了腐蝕特性，那么油氣井中怎么會(huì)含有水分呢？通常情況下，壓井液中或多或少都具有一些水分，液化之后形成可以流動(dòng)的水，為H2S氣體提供了溶解環(huán)境。據(jù)筆者研究發(fā)現(xiàn)，H2S氣體腐蝕井下測(cè)試工具主要有以下兩種形式：

1.1 化學(xué)腐蝕

測(cè)試工具一般都由金屬組成，或是合成金屬、或是純種金屬，其中難免會(huì)存在一些鐵離子，這正為H2S 與水融合后的物質(zhì)提供了化學(xué)反應(yīng)對(duì)象，從而產(chǎn)生了如下電化學(xué)反應(yīng)：

xFe+yH2S=FeXSy+yH2

值得注意的是，反應(yīng)之后生成的FeXSy是一種十分蓬松的物質(zhì)，使得測(cè)試工具的表面凹凸不平，強(qiáng)度有所降低。然而，也正是測(cè)試工具這一外在表現(xiàn)，給二氧化碳和氯離子提供了機(jī)會(huì)，直接加重了電化學(xué)腐蝕的速率，最終導(dǎo)致測(cè)試工具發(fā)生穿孔、斷裂等現(xiàn)象。從某種層面上來(lái)講，這個(gè)腐蝕過(guò)程是漸變且逐步加重的，這也間接表明這種電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的力量并不小。

1.2 應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕又可以稱為氫脆，這種腐蝕現(xiàn)象甚至不牽扯H2S氣體的水溶，而是氣體中的氫以原子的狀態(tài)向測(cè)試工具金屬結(jié)構(gòu)內(nèi)部逐漸滋蔓，雖說(shuō)沒(méi)有直接與金屬離子發(fā)生真正的化學(xué)反應(yīng)，但是在不斷地蔓延過(guò)程中卻也已經(jīng)改變了測(cè)試工具的金屬內(nèi)部構(gòu)造，無(wú)形中降低了金屬合成物的韌性，金屬變脆以后小小的外力便會(huì)導(dǎo)致其斷裂?，F(xiàn)如今，關(guān)于此種腐蝕原理，已經(jīng)被公認(rèn)的即為氫壓理論，其具有一定的說(shuō)服性。

2 影響H2S腐蝕程度的幾種因素

影響H2S腐蝕程度的因素種類較多，但細(xì)致歸結(jié)以后便可以分為兩大類，即材料因素和環(huán)境因素，現(xiàn)筆者就針對(duì)兩大類因素做以敘述：

2.1 材料因素

材料主要指的就是構(gòu)成測(cè)試工具的材料，測(cè)試工具中的一些合金元素可能會(huì)影響H2S的腐蝕程度。一般來(lái)說(shuō)，制造測(cè)試工具一般都會(huì)選擇“鋼”這種優(yōu)質(zhì)材料，但鋼是一種合成金屬，它囊括了多種金屬元素，諸如鋁、銅、鈣、鈦、硼等提高“鋼”耐腐蝕特性的元素，也有一些諸如硫、錳、氮、磷、鎳等加速鋼腐蝕的元素。有時(shí)碳、銫等金屬元素也會(huì)加快鋼的腐蝕進(jìn)程，進(jìn)而造成了測(cè)試工具腐蝕嚴(yán)重的問(wèn)題。

2.2 環(huán)境因素

2.2.1 H2S自身濃度

H2S 氣體自身的濃度直接關(guān)系到測(cè)試工具的腐蝕程度。一般來(lái)說(shuō)，其他條件相一致的情況下， H2S的濃度越大，那么對(duì)測(cè)試工具的腐蝕程度也就越深，氫脆的敏感性也會(huì)隨之增強(qiáng)，當(dāng)然如果構(gòu)造測(cè)試工具的金屬鋼的成分越多，即使H2S的濃度較低，那么也會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕情況。由于H2S的質(zhì)量濃度過(guò)大催進(jìn)了陰極反應(yīng)的進(jìn)行，于是H2S在測(cè)試工具的金屬表層形成了一種硫化物薄膜，薄膜導(dǎo)致測(cè)試工具自身的腐蝕電位增強(qiáng)，于是表現(xiàn)出不斷增強(qiáng)、不斷腐蝕的節(jié)奏，最終導(dǎo)致整個(gè)測(cè)試工具的金屬構(gòu)造部位消失不見(jiàn)。

2.2.2 氣井內(nèi)的溫度

溫度也是影響H2S腐蝕程度的關(guān)鍵要素之一，不同溫度會(huì)致使整個(gè)腐蝕反應(yīng)的速率產(chǎn)生變化，所以溫度能夠影響整個(gè)測(cè)試工具被腐蝕的速度。H2S和一般化學(xué)物質(zhì)一樣，外界溫度愈高，它的腐蝕特性表現(xiàn)的就愈加明顯，所以適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)氣井內(nèi)的溫度，便也就加快了測(cè)試工具的被腐蝕速率。但是也有一些人認(rèn)為，溫度對(duì)H2S的腐蝕速率的影響具有相互性，溫度也會(huì)隨著H2S的腐蝕速率加快而不斷提升，也正是這樣的相互作用特性使得測(cè)試工具在一定范疇內(nèi)會(huì)達(dá)到前所未有的腐蝕速率。

2.2.3 外界的pH值

處于不同的酸堿條件下，H2S氣體與水溶合后分離出來(lái)的硫化氫離子和硫離子的分量也是完全不同的。就整個(gè)測(cè)試工具的腐蝕過(guò)程來(lái)說(shuō)，整個(gè)硫化氫溶液中各種有害離子的含量越高，那么腐蝕的速率也將加快，經(jīng)多組數(shù)據(jù)的研究發(fā)現(xiàn)，外界環(huán)境的pH值越低，那么溶液的酸性也就越強(qiáng)，腐蝕的程度也就較深，但這個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)并非完全正確，難免有時(shí)會(huì)有些偏差，但整體方向是正確的。

2.2.4 H2S流速原由

此處的流速指的是H2S 氣體的流速以及其與水溶后的溶液流速，據(jù)相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，H2S 氣體流速或溶液流速如果處于較慢的狀態(tài)，那么對(duì)測(cè)試工具的腐蝕程度是比較低的，但如果其流速較大的話，自然對(duì)測(cè)試工具的腐蝕程度也就越深。究其原因，主要是因?yàn)镠2S 氣體流速或溶液流速較快時(shí)，便加快了離子之間的交換速率，金屬表層來(lái)不及形成抑制腐蝕的保護(hù)層，即使形成保護(hù)層也十分容易脫落，于是增強(qiáng)了測(cè)試工具的腐蝕速率。

3 應(yīng)對(duì)H2S氣體對(duì)井下測(cè)試工具的腐蝕的有效對(duì)策

根據(jù)以上敘述所得，可以歸結(jié)出以下幾條行之有效應(yīng)對(duì)H2S氣體對(duì)井下測(cè)試工具的腐蝕的對(duì)策：

3.1 選擇測(cè)試工具時(shí)，避免選擇高強(qiáng)度鋼所制造的工具，適當(dāng)選擇硬度較低的低強(qiáng)鋼，這對(duì)于減緩H2S的腐蝕速率有一定的優(yōu)勢(shì)。

3.2 盡量避免使用焊接而成的物件，切實(shí)從根本上降低腐蝕速率；如果必須要用的話，那么也應(yīng)該采取特殊的工藝對(duì)焊接處進(jìn)行必要的處理，盡量調(diào)節(jié)焊接處的質(zhì)地，謹(jǐn)防被嚴(yán)重腐蝕。

3.3 合理控制氣井下面的溫度，如果井下溫度太過(guò)于高的話，要么就停止測(cè)試工作，要么給測(cè)試工具表層進(jìn)行噴漆防護(hù)，竭力降低測(cè)試工具的腐蝕程度。

3.4 在進(jìn)行必要的測(cè)試時(shí)，可以選擇在壓井液中加入一些減緩腐蝕的試劑，保護(hù)井下的壓力平衡度，同時(shí)盡量杜絕大量的H2S入侵氣井內(nèi)，做好H2S氣體的防護(hù)工作。

3.5 除了以上四條內(nèi)容以外，還應(yīng)格外重視外界環(huán)境中的pH值，一旦有大量的H2S氣體入侵氣井，此時(shí)應(yīng)保持清醒的頭腦，針對(duì)H2S呈現(xiàn)酸性的特質(zhì)，采用化學(xué)方式除去硫的辦法，并在除硫的過(guò)程中適當(dāng)加入一些堿性物質(zhì)，調(diào)和環(huán)境中的pH值，竭力降低H2S氣體的濃度，直至減緩測(cè)試工具的腐蝕進(jìn)程。

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