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油田注水管道的腐蝕現狀及防腐措施

更新时间:2019-11-08 09:10人气:6887

於良民,趙海洲,劉璐

( 中國海洋大學青島市海洋精細化工重點實驗室, 266003)

摘要:綜合論述了油田注水管道的腐蝕現狀、腐蝕身分和常用的防腐措施,並側重先容以環氧樹脂為基料的防腐塗層的種類及其在油田注水管道中的防腐性能 、利用效果。

關鍵詞。油田注水;管道;腐蝕;防腐;環氧樹脂

1 前言

注水采油技術是國內各大油田進步原油采收率的首要方法,隨著油田開采時間的增加,注水水 質的不斷惡化,硫酸鹽氧化還原菌的不斷增多,油田井下管柱和輸油管線的腐蝕及結垢題目,一向是困擾油氣開采和輸送的“頑症”,所釀成的嚴重損失令人觸目驚心。據 2003 年 9 月對我國第二大油 田— —勝利油田的調查發現 , 11 個采油廠 8 000 餘口注水井、總長度 1 583 萬 m 的統計,均勻腐蝕速度達 1 . 5mm / a ,均勻穿孔率達 2 . 4 次/ (km · a) 。在部分 嚴重損失區塊,管線換新周期不足 3a ,最短的僅 (3 ~ 4) 個月,所報廢的注水管柱中有 90 %以上是因腐蝕、結垢而造成,全部勝利油田由於腐蝕引發的管柱、管 線材料費直接經濟損失就達 3 億元,並由於更換管 柱、管線影響作業和生產,導致間接經濟損失達 10 億元擺布。而全國各大油田的管線和管柱到 2001 年 年底,總計高達 10 億餘米,這方麵的損失更分別高達 100 億元和 1 000 億元之多。是以,研究注水係統 的腐蝕規律及防腐蝕措施刻不容緩,具有首要的意 義。

2 油田注水管道腐蝕的影響身分

油田注水管道的腐蝕也符合金屬腐蝕的一般規律,首要影響身分有:

(1)pH 值。一般情況下,當 pH 值在 4 ~ 10 時, 腐蝕過程首要受氧擴散過程控製,腐蝕速率不受 PH 值影響。在 PH 值不大於 4 的酸性範圍內,碳 鋼表麵的氧化物覆蓋膜將完全溶解,導致鋼鐵表麵和酸性介質直接接觸。是以 ,進步注水 PH 值,可以解決酸蝕題目,但不一定能解決其它腐蝕類型。從理論上講,注水的最好 pH 值應為 7 。當 pH 值在 10 ~ 13 的堿性範圍內時,隨碳鋼表麵的 pH 值升高, Fe2 O3 覆蓋膜逐步轉化為具有鈍化性能的 r— Fe2 O3 保護膜 ,腐蝕速率會有所下降。但是當 pH 值過高時,腐蝕速率又會上升,其啟事是碳鋼表麵的鈍 化膜溶解成可溶性的鐵酸鈉 (NaFeO2 ) 。

(2) 溶解氧。氧腐蝕是油田注水係統的首要腐 蝕形式之一 。溶液中含有極低濃度的氧 ( 低於 1 mg / L) 就可造成極為嚴重的腐蝕,假如同時有 H 2 S 或 CO 2氣體存在,腐蝕速度會急劇升高。 O 2在水中的溶解度取決於溫度、壓力和水中 Cl -的含量。 O 2的腐蝕一般為局部腐蝕,其局部腐蝕速率為其均勻腐蝕 速率的 (2 ~ 4) 倍 。

(3) 二氧化碳。 CO 2可以溶解在水中,天生碳酸, 引發電化學腐蝕。特別是在深處地層水中含有大量 的 CO2,對油管等井下設備具有較大的腐蝕性。鋼材 二氧化碳腐蝕的產物都是易溶的 ,不易形成保護膜 , 是以隨 CO 2濃度的增加 ,腐蝕速度增加非常快 。二氧 化碳的溶解度是溫度、壓力和水的構成的函數。

(4) 硫化氫 。 H 2s 溶於水呈酸性 ,增加水的腐蝕 性; H2 S 具有很強的還原性,可以被水中的溶解氧氧 化為硫而沉積析出。隨 H2 s 濃度的增加,腐蝕速度增 大;達到一定濃度時,腐蝕速度達到最大值;然後隨濃度的增加而減小,最後趨於恒定。水中的溶解鹽類 和溶解的二氧化碳對硫化氫的腐蝕也有一定的影響。

(5) 溶解鹽。油田水中常見的 Ca2+、 Cl- 對腐蝕速率的影響實驗表明, A3 鋼的腐蝕速率隨 Cl-濃度的增加呈先升後降的拋物線形式,這是電導率和溶解氧共同感化的結果。即隨 Cl- 濃度增加,介 質電導率增加,腐蝕速率隨之增加;當 Cl -濃度增 加至 5 000mg / L 時,溶解氧含量減少,是以腐蝕速度有所下降。 Cl-對腐蝕的影響,首要是通過它不均勻地吸附在金屬局部某些點上,從而使得吸附部位的金屬表麵得到活化。 Cl-具有很強的穿透力, 能夠透過保護膜層,加速腐蝕的進行。

(6) 細菌。大量研究結果表明 ,細菌經常是造成 油田注水係統腐蝕的首要身分。細菌的生長繁殖,會導致腐蝕速率明顯上升。據報道,美國發生的腐蝕有 70 %是由硫酸鹽還原菌 (SRB) 所造成。除硫酸鹽還原菌外,在油氣開采過程中造成腐蝕的菌種還有腐生菌 (TGB)和鐵細菌。

(7) 溫度。實驗研究表明,在敞口體係中,溫 度在到達 80℃ 前,腐蝕速率隨溫度升高而增加,然後又逐步降低;而在封閉係統中,腐蝕速率隨溫度升高而不斷增加。油田注水管所處的溫度範圍從 地表的溫度 ( 低至幾度 ) 至澡層的高達 1 50 ℃ ,因 此溫度是影響腐蝕的首要身分

3 塗層保護在油田注水管道防腐中的利用

目前國內油田注水管道係統首要采取的防腐 措施首要有:化學防腐 ( 使用緩蝕劑、殺菌劑、除氧劑、陰極保護、鍍層保護、氮化防護及采用 玻璃鋼管材 ) 。其中將陰極保護和內塗層保護結合使用則是一種經濟公道的防腐措施,現在已被各大油 田廣泛利用;鋼鐵鍍層保護就是利用電鍍、噴鍍、熱鍍、滲鍍等技術,將耐腐蝕的金屬鍍敷到鋼鐵表麵形成的,鍍層有陽極性和陰極性兩種。

而對金屬設施采取塗層防腐措施是最直接、最 經濟的方法,防腐塗料的選擇是塗層防護的關鍵。試驗和實踐證實,環氧型及環氧聚氨酯型防腐塗料的 耐油 、耐溫、耐油田汙水性能較好,使用壽命可在 10a 以上。此外,鈦納米防腐塗料的利用遠景也十分廣 闊 。

3 、 1 重防腐蝕環氧粉末塗料

環氧粉末塗料是由環氧樹脂、固化劑、顏料、 添加劑構成的熱固型粉末塗料。除具有環氧樹脂 塗料的良好防腐性能外,還具有一次塗層厚、無溶 劑揮發 、無針孔等優點。為了滿足更高的防腐蝕要 求,各地開始研發重防腐蝕環氧粉末塗料。華中科 技大學的郝勝勇等以雙酚 A 型環氧樹脂為首要成膜材料,加進多種助劑,製成的不溶、不熔三維網狀結構重防腐蝕塗料,具有附出力強 、塗層柔韌性 好、硬度高、防腐蝕性能良好等特點,在華夏油田注水管道的利用中表現出較強的耐應力腐蝕性能及耐油田高溫汙水腐蝕性能 。

3 . 2 環氧玻璃鱗片重防腐塗料

環氧玻璃鱗片重防腐蝕塗料是以環氧樹脂為首要成膜物質,以薄片狀的玻璃鱗片為骨料,配以 各種添加劑構成的厚漿型塗料。玻璃鱗片很薄,能 在塗層中堆疊、平展、定向排列,形成獨特的屏蔽結 構,是以具有良好的耐磨性,硬化時收縮率小,熱膨 脹係數小,耐溫度驟變性好 。勝利油田部分汙水管 線和高溫油罐內壁采用了這類防腐塗層,收到了較 好的防護效果。

3 . 3 H87 環氧耐溫塗料

H 8 7 環氧耐溫塗料是針對油田高溫汙水腐蝕 專¨研製的,是一種新型的含 SAT 無機材料的改 性環氧塗料。該塗料由 H87 — 1 、 H87 — 2 、 H87 — 3 配套構成。由於 H 87 塗料塗層的中間層添加了sAT 無機材料,使防腐層進步了隔熱、耐熱性能,有效地禁止高溫介質的破壞感化,並加強了塗膜的防滲透性能和耐水、耐油、耐化學藥品的性 能。陔塗料曾被國家計委評為 l 989 年國家級新產 品,被大慶、勝利、遼河 、華北等大油田確定為注 水管線、高溫汙水罐管和原油儲罐的內防腐專用 塗料。

3 . 4 8701 環氧樹脂塗料

8701 環氧樹脂塗料是由環氧樹脂 ( 基料 ) 、改性 胺類固化劑 、溶劑 、助劑、顏料構成,並分底漆和 麵漆兩種。因采用新型無毒固化劑固化塗層,該塗 料與普通塗料相比,具有固體含量高、溶劑汙染小、固化溫度低、塗料氣味小、塗層耐酸、耐堿 、 耐油、耐水性優良等特點。該塗料先後在大慶、勝 利、長慶、遼河、南陽、江漢等油田的汙水管道、 原油儲罐內防腐塗層中利用,取得了很好的防腐 效果。

3 . 5 新型環氧改性聚氨酯重防腐塗料

該塗料的漆基是由液體環氧樹脂與甲苯二異氰酸酯 (TDI) 反應天生的含有一定量羥基的共聚物,與研製的固化劑匹配,完全滿足室溫固化的技術要求。既保持了環氧類塗料耐酸堿、附出力強的性能 ,又具有聚氨酯類塗料耐油類、耐化學介質、塗膜強度和耐磨性能好的優點,是國際 20 世紀 70 年代,國內 80 年代良好的高科技新型產品。在油田汙水、鹵水管道和設備內壁中的利用效果很好,在自然氣田、青海油田中使用壽命均達 5a 以上。

3 . 6 鈦納米防腐塗料

鈦納米聚合物防腐塗料采用世界上最早進的納米包覆技術和高分子合金材料,打破物質由小到大逐級粉碎的常規,瞬問製得納米鈦粉,粒度在 (1O ~ 50)nm ,使填料與樹脂間界麵發生化學鍵合感化,具有高抗滲性、耐蝕、耐磨、耐溶劑,很強的自我修複能力和自潔性,能加強表麵強度,可長期保存。自 2000 年以來,這類鈦納米聚合物塗層防腐管 ,共 10 口井,總長度近 2 萬餘米。 2003 年 3 月,河口采油廠對 2001 年 8 月下進 E11-26 井的防腐管進行現 場實地檢驗,管內壁塗層良好無脫落,塗層顏色基本 無變化,無結垢現象,利用效果極佳。

4 結束語

以上分析表明,我國的油氣井都存在著不同程度的腐蝕題目,但由於注水井管柱苛刻的腐蝕環境, 上述的每種技術都暴露出其使用條件的局限性。該當針對不同油氣井的實際情況,采用最經濟 、最簡單的防腐技術。同時可以看出新型的環氧類及環氧改性塗料在油田注水管道防腐中仍具有廣闊的利用遠景。