采氣井管柱CO2腐蝕速度分布規(guī)律及影響因素

摘 要：隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對天然氣資源的需要量越來越大，為了有效擴大天然氣資源的產(chǎn)量，各種天然氣工程越來越多。管柱是天然氣開采設(shè)備的重要組成部分，其在實際的工作過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)CO2腐蝕現(xiàn)象，很容易造成管柱的穿孔，嚴重時會造成管柱的整體破壞，不僅對生產(chǎn)造成了非常大的影響，還容易造成各種事故的發(fā)生。為此，我將要在本文中對采氣井管柱CO2腐蝕速度分布規(guī)律及影響因素進行探討，希望對促進我國天然氣事業(yè)的發(fā)展，可以起到有利的作用。

關(guān)鍵詞：采氣井；管柱；腐蝕速度分布規(guī)律

中圖分類號：TE983 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）33-0373-01

1 前 言

我們在實際的采氣過程中，會經(jīng)常使用N80油管管柱，其在實際的應(yīng)用過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)腐蝕穿孔的額現(xiàn)象，其材料為36Mn2V，為了有效對腐蝕的規(guī)律進行研究，我們做了大量的試驗，并有效繪制了腐蝕速度和井深、溫度之間的關(guān)系。通過研究發(fā)現(xiàn)，隨著深度的增加，腐蝕速度會不斷加快，如果井深超過了1235m，腐蝕的速度就會在一個小的范圍內(nèi)波動。隨著溫度的增加，腐蝕的速度會先增加后減小，當溫度為80℃左右時，其腐蝕速度就會達到最大值，當超過100℃時腐蝕速度會變慢[1]。

2 關(guān)注腐蝕隨深度的變化

為了有效研究管柱腐蝕和深度之間的關(guān)系，我們分別在不同的深度進行了取樣研究，結(jié)果表明，處于360m深處的管柱表面，其表明較為光滑，只有少量的腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)，其表面的主要腐蝕物質(zhì)為鐵元素、氯元素、碳元素、鉻元素、硅元素等。從其腐蝕的現(xiàn)象來分析，其屬于均勻性腐蝕，陰極為氫離子的還原反應(yīng)，陽極為鐵離子的氧化反應(yīng)。隨著溫度的不斷增加，各種離子的擴散速度會不斷增加，氫離子更加容易達到試樣的表面發(fā)生氧化還原發(fā)硬，讓反應(yīng)的速度不斷增加，鐵的溶解速度也會越來越大。通過對管柱695深度處的試樣進行研究分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其表面粗糙度較高，產(chǎn)生了大量的腐蝕性物質(zhì)，腐蝕物質(zhì)的結(jié)構(gòu)也比較疏松，晶粒較為粗大，腐蝕物質(zhì)的孔隙度較高，因此不能對管柱表面產(chǎn)生有效的保護作用。腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生主要是因為溫度過高造成的，隨著溫度的增加，氫離子的氧化反應(yīng)速度加劇，讓腐蝕的速度也顯著提高，局部腐蝕是由于腐蝕產(chǎn)物膜的分布不均勻，主要以小孔腐蝕為主。根據(jù)對1600m的試樣進行分析研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其腐蝕產(chǎn)物的均勻性較好，腐蝕產(chǎn)物的晶粒較小，且結(jié)構(gòu)致密。

3 管柱CO2腐蝕的影響因素

管柱在含有二氧化碳較多的氣井中經(jīng)常會發(fā)生電化學(xué)整體腐蝕，如果金屬與電解質(zhì)進行接觸，由于金屬表面成分存在著一定的不均勻性，在金屬表面就會出現(xiàn)陰極區(qū)和陽極區(qū)，電化學(xué)腐蝕就會在該兩種區(qū)域之間發(fā)生。通過對大量的二氧化碳腐蝕研究，在干燥的二氧化碳環(huán)境中，其腐蝕性往往較弱，但是如果是在潮濕或者有水的環(huán)境中，這些二氧化就會溶于水，然后形成碳酸，其會讓溶液呈現(xiàn)出酸性。碳酸容易產(chǎn)生較多的氫離子，這些氫離子會在陰極發(fā)生多電子反應(yīng)，進而促進鐵的溶解反應(yīng)從而導(dǎo)致鋼腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。二氧化碳氣體的存在，會有效增加陰極反應(yīng)的速度，不斷增加管柱金屬的反應(yīng)速度，隨著二氧化碳濃度的不斷增加，管柱的腐蝕速度也就越快[3]。

二氧化碳的分壓也直接影響著腐蝕介質(zhì)的溶解度和酸度，它們會隨著二氧化碳分壓的不斷增加而增大。當二氧化碳的分壓超過0.021MPa時，就會產(chǎn)生較為嚴重的二氧化碳腐蝕環(huán)境，隨著分壓的不斷增加，碳酸的溶解度也會不斷增加，氫離子的濃度也會顯著增加，腐蝕速度也會越來越快。當二氧化碳氣體的分壓超過2.3MPa時，屬于比較嚴重的二氧化碳腐蝕環(huán)境。二氧化碳對管柱的腐蝕，是伴隨著氫的去極化而進行的，隨著二氧化碳分壓的不斷增加，溶液的碳酸濃度也就會越高，溶液中氫離子的濃度也就會越高，腐蝕速度也就會越快。

溶液pH值會直接影響碳酸在水溶液中的存在形式，如果pH值小于4，其主要以碳酸分子的形態(tài)出現(xiàn)，如果pH值在4～10之間時，其主要以碳酸氫根離子的形態(tài)出現(xiàn)，當pH值大于10時，其主要是以碳酸根的形式出現(xiàn)。隨著pH值的不但增加，氫離子的含量會不但減少，降低了原子氫的還原反應(yīng)速度，降低了碳鋼的反應(yīng)速度。pH值的變化會影響碳酸鐵的溶解度，隨著pH值的增加，碳酸鐵的溶解度會不斷降低。

溫度是影響二氧化碳腐蝕的重要因素。溫度會直接影響氣體在介質(zhì)中的溶解度，如果溫度越高，其溶解度就會降低，腐蝕現(xiàn)象就會得到抑制。如果溫度增加，反應(yīng)的速度就會加快，促進腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。溫度的升高還會影響腐蝕產(chǎn)物的成膜機制，讓膜會對腐蝕產(chǎn)生一定的抑制。在50℃的環(huán)境中，腐蝕現(xiàn)象較輕，腐蝕也較為均勻，如果環(huán)境的溫度在80℃時，局部腐蝕現(xiàn)象非常嚴重，很容易造成局部穿孔現(xiàn)象的發(fā)生。如果環(huán)境溫度超過了100℃，腐蝕的速度就會有所降低，腐蝕也較為均勻。由于實驗室的環(huán)境和真實的井下環(huán)境還是有較大的區(qū)別，試驗結(jié)果和真實結(jié)果還是有很大的區(qū)別[4]。

流速也會對腐蝕造成一定的影響。流速對金屬腐蝕的影響，主要分為兩種情況，一種是金屬表面沒有氧化膜，一種是金屬表面有腐蝕膜。如果表面沒有產(chǎn)生腐蝕膜，隨著流速的增加，腐蝕現(xiàn)象會越來越嚴重。

4 結(jié) 語

管柱是氣井采氣的重要組成部分，其在實際使用的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)二氧化碳腐蝕的現(xiàn)象，其腐蝕的速度會受到各種因素的影響。為了有效降低腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)該根據(jù)這些因素采取針對性的措施，可以采取陰極保護的方法，其可以起到非常好的防腐效果。

參考文獻

[1]張偉衛(wèi)，吉玲康，蔡慶伍，武會賓.高強度抗CO2腐蝕管線鋼實驗研究[J].材料工程，2011（01）：15～16.

[2]楊建煒，章 軍，曹建平，陳 晨，張 雷，丁金慧，路民旭.溫度對管線鋼H2S/CO2腐蝕行為的影響[J].材料工程，2011（01）：25～26.

[3]胡麗華，常 煒，張 雷，李忠濤，于 湉，許立寧，路民旭.X65鋼和3Cr鋼作為海底管道用鋼抗CO2腐蝕性能研究[J].中國海上油氣，2011（02）；33～34.

[4]鮮 寧，孫素芬，姜 放，楊志偉，盧光紅，榮 明.CO2氣田開發(fā)的腐蝕預(yù)測與控制措施[J].天然氣與石油，2011（02）：29～30.

收稿日期：2018-10-16