油气田开发中的二氧化碳腐蚀及影响因素

某油田开发中二氧化碳腐蚀的危害性现状分析要想降低油气田开采中的二氧化碳腐蚀，必须对腐蚀机理以及类型基质影响因素这些进行分析和研究。

通过对腐蚀机理调研可以发现，二氧化碳会产生碳酸，进而产生电化学反应，最终造成钢材腐蚀。

在腐蚀种类上有均匀和冲刷以及坑点腐蚀，影响因素较多。

现在开发中防腐蚀措施也较多，现在主要对腐蚀的危害以及方式方式进行论述。

标签：二氧化碳；腐蚀机理；防腐方式前言：在油田开发中，二氧化碳腐蚀会造成巨大损失同时也会发生灾难性后果。

二氧化碳还石油和天然气开发中产生的常见气体。

在溶于水之后对金属会有加强的腐蚀性，这些对材料造成的破坏可以称之为二氧化碳腐蚀。

这些腐蚀会使得油井寿命大大低于设计寿命，也会使得设备腐蚀失效，现在掌握好腐蚀问题研究现状以及趋势，为减少损失提升效益提供借鉴。

1 二氧化碳腐蚀的机理二氧化碳腐蚀问题一直是人们关注的主要问题。

因为在二氧化碳溶于水之后PH 值升高，不断加速管材腐蚀，金属表面附着的H2C03中没有被电离的分子会被还原为H2分子，在电解质溶液中扩散到金属表面形成H2C03。

从此也可以看出碳酸造成的腐蚀要明显比电离要严重。

腐蚀学认为，坑腐蚀诱发主要是因为有台地腐蚀机制以及流动诱导机制等都会造成膜破损。

也有人通过腐蚀产物膜生产和发展过程，提出台地腐蚀机制：坑蚀最早出现在几个点，之后发展为一片，小孔腐蚀介质会破坏腐蚀产物膜，从而造成腐蚀。

2 二氧化碳腐蚀中的影响因素二氧化碳腐蚀是一个复杂的电化学过程，主要影响因素为PH 值以及二氧化碳分压、温度和流速、水量等各种因素。

2.1 PH 值。

溶液内PH 值会影响到H2C03在水中存在方式，在研究中可以发现PH﹤4 时，主要存在形式为H2C03；在4≤PH≤10 时，主要是以HC03 的形式出现，在PH>10 时，存在形式是CO2。

同时随着PH 值持续增加，H+增加而不断下降，腐蚀速率也会逐渐降低。

随着FeCO3 内的溶解度持续下降，更方便FeCO3 腐蚀膜的形成，这样也会降低腐蚀速率。

石油的开采是油田生产中的重要环节，而油井管柱的腐蚀是严重影响油田正常生产的主要原因之一。

对造成油井腐蚀的主要因素进行系统而细致的分析和研究，具有十分重要的现实意义。

1 溶解气体的影响1．1 CO2的影响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，台面状坑蚀的穿孔率很高，通常腐蚀速率可达3～7 mm·a-1，无氧时，腐蚀速率可达20mm·a-1。

研究表明，CO2腐蚀与其所处环境中的温度、分压、流速有关，其中分压起着决定性作用。

当温度一定时，CO2气体的分压愈大，材料的腐蚀愈快；这是由于当CO2分压高时，促进了碳酸的电离和H+浓度的升高，因H+的去极化作用而使腐蚀加速。

温度也是CO2腐蚀的重要参数。

在60℃附近，CO2腐蚀在动力学上存在着较大变化。

根据温度对腐蚀特性的影响，把铁的CO2腐蚀划为三类：(1)温度＜60℃，腐蚀产物膜FeCO3软而无附着力，金属表面光滑，均匀腐蚀；(2)100℃附近，高的腐蚀速率和严重的局部腐蚀(深孔)，腐蚀产物层厚而松，形成粗结晶的FeCO3；(3)150℃以上，形成细致、紧密、附着力强的FeCO3和Fe3O4膜，腐蚀速率降低。

1．2 H2S的影响溶解于水中的H2S具有较强的腐蚀性。

碳钢管线或设备在含有H2S的介质中会发生氢去极化腐蚀，碳钢的阳极产物铁离子与硫离子相结合生成硫化亚铁，介质中的硫化氢还有更严重的腐蚀破坏形式，能使金属材料破裂，这种破裂在低应力状态下就可发生，甚至在很低的拉应力下就可能发生晶间应力腐蚀开裂。

当酸性溶液中含有H2S时，pH值和H2S的浓度存在协同效应，即溶液酸性越强，H2S浓度越大，腐蚀速率越快，同时，由于H2S的吸附和电催化作用，油管钢自腐蚀电位负移，钝化电位正移，致使油管钢难以钝化且不易维持钝化状态，最终导致油管钢更易被腐蚀。

对于H2S和CO2共存的体系，往往从H2S腐蚀破坏着手考虑防护措施。

Dunlp等根据腐蚀产物的溶解度和电离常数指出，当CO2和H2S分压之比小于500时，FeS仍将是腐蚀产物膜的主要成分，腐蚀过程仍受H2S控制。

CO2腐蚀环境下油套管防腐技术摘要：研究了CO2对油管的腐蚀机理、特征及影响因素，并提出了使用耐蚀合金管材、涂镀层管材、注入缓蚀剂、阴极保护和使用普通碳钢等五类防腐技术，可有效延缓气体对油套管的腐蚀、预防套管漏失的发生。

关键词：CO2腐蚀电化学腐蚀影响因素防腐蚀技术CO2气体溶于水中形成碳酸后引起电化学腐蚀，如不及时采取有效措施，将导致油套管的严重破坏甚至油井报废。

CO2对油、套管的腐蚀是油田开发的一个亟待解决的重要课题。

一、CO2的腐蚀机理CO2对金属的腐蚀主要表现为电化学腐蚀，即CO2溶解于水生成碳酸后引起的电化学腐蚀，其化学反应式主要为CO2+H2O H2CO3Fe+ H2CO3 FeCO3+H2水中溶解了CO2使pH值降低，呈酸性，碳酸对钢材发生极化腐蚀。

随着碳酸的增多，溶液酸性增加，加快了钢铁的腐蚀速度。

CO2对碳钢的腐蚀为管内腐蚀，表现为3种腐蚀形式：均匀腐蚀、冲刷腐蚀和坑蚀，其产物为FeCO3和Fe3CO4。

在一定条件下，水汽凝结在管面形成水膜，CO2溶解并吸附在管面，使金属发生均匀的极化腐蚀。

管柱内的高速气流冲刷带走腐蚀物，使得金属表面不断裸露，腐蚀加速。

腐蚀产物FeCO3和Fe3CO4在金属表面形成保护膜，但这种膜生成的很不均匀，易破损，出现典型的坑点腐蚀，蚀坑常为半球形深坑。

CO2生产井的腐蚀部位主要集中在管串的上部位置及内壁，这是因为井筒的中上部位压力低、井温低，凝析水易产出，与CO2作用生成腐蚀介质H2CO3的浓度高，随着气体流动，酸液以液滴形式附着在管内壁上形成局部的严重蚀坑蚀洞，造成了油套管的腐蚀现象。

二、影响因素（1）CO2分压。

在影响CO2腐蚀速率的各个因素中，CO2分压起着决定性的作用，它直接影响CO2在腐蚀介质中的溶解度和溶液的酸度，即溶液的酸度和腐蚀速度皆随CO2分压的增大而增加。

在气井中，当CO2的分压大于0.2MPa 时，将发生腐蚀，分压小于0.021MPa时，腐蚀可以忽略不计。

抽油机井二氧化碳防腐技术应用一、前言部分区块油井因二氧化碳腐蚀造成频繁躺井，直接影响油田的正常生产，油井二氧化碳腐蚀是制约油田生产开发的一个重要因素。

采用投放缓蚀剂、阴极保护器等措施效果不明显，通过对油井腐蚀机理的分析，提出防止油井二氧化碳腐蚀工艺措施，减少油井的腐蚀，延长了油井的检泵周期，节约了油田的检测和维修成本，提高油田的开发水平。

二、腐蚀影响因素研究1.腐蚀因素二氧化碳腐蚀钢材主要是二氧化碳溶于水生成碳酸而引起电化学腐蚀所致，主要考虑以下影响因素：1、二氧化碳分压的影响：二氧化碳分压小于0.021MPa 不产生腐蚀；在0.021～0.21MPa间为中等腐蚀；大于0.21MPa产生严重腐蚀。

2、矿化度的影响：溶液中以Cl-的影响最为突出，Cl-浓度越高，腐蚀速度越大，特别是当Cl-浓度大于3000mg/L 时腐蚀速度尤为明显。

3、流速的影响：一般认为随流速的增大，H2CO3和H+等去极化剂能更快地扩散到电极表面，使阴极去极化增强，消除扩散控制，同时使腐蚀产生的Fe2+迅速离开腐蚀金属的表面，因而腐蚀速率增大。

2.产出物分析2.1产出水在研究的过程中我们对30样本井进行了数据分析与采集，研究治理提供可靠依据。

通过对30口油井产出水的PH值、矿化度、氯离子含量和硫酸盐还原菌等指标进行分析，PH值为5.5～6.0，矿化度为44023～84040 mg/L，Cl-平均含36762mg/L ，SRB含量450～1000个/ml。

2.2伴生气将分析的伴生气中二氧化碳的含量和计算出的分压进行分析可知油井伴生气中二氧化碳的平均含量为1.78%，平均分压为0.28MPa。

油田产出水的二氧化碳含量相对较多，属于严重腐蚀等级，同时产出液的PH值较低（5.5～6.0），由此会产生严重的电化学腐蚀。

3.腐蚀影响因素认识通过腐蚀因素的实验分析，可以得出造成油井腐蚀的主要原因是：3.1油井含水率高，平均含水94.5%，介质的矿化度较高，Cl-、HCO3-等强腐蚀性离子含量高，溶液的PH值介于5.5～6.0之间，呈弱酸性，势必会造成油管、杆的电化学腐蚀。

二氧化碳腐蚀与防护综述李妍（中海石油海洋工程股份有限公司设计分公司）提要：在油气田开发中，尤其是在石油天然气工业中，二氧化碳腐蚀是一个由来已久的问题，也是一个不容忽视的严重问题。

如英国北海的ALPHA平台，因油气中含1.5~3.0%的二氧化碳，其由碳锰钢X52制成的管线仅用了两个多月就发生了爆炸。

因此，关于二氧化碳的腐蚀问题，国内外的防腐工作者已进行了多年的研究工作，取得了一定的成果，也得到了一些防护方法。

鉴于蓬莱19-3项目也面临着二氧化碳腐蚀的问题，本文就二氧化碳腐蚀的机理、影响因素及防护措施等几方面进行了综述。

关于二氧化碳的腐蚀机理，本文从阴阳两极的电化学反应出发，进行了详细阐述；影响因素主要讨论了温度、二氧化碳分压、流速、阳离子以及气、水产量等几方面；最后给出几种可行的防护措施。

Summary：C O2corrosion is a very important problem in the development of oil & gas field, especially in petrolic natural gas industry since many years ago. The ALPHA platform in North Sea of Britain exploded only two months after in use because its X52 steel cannot tolerant 1.5-3.0% C O2in its gas. Corrosion control workers have gained some outcome and protective methods after many years studies aboutC O2corrosion.In view of the C O2corrosion will occur in Peng lai 19-3 item, this paper discussed the mechanisms, influential factors and protective methods .The mechanism was discussed from the reaction of negative electrode and positive electrode; the influential factors include temperature, partial pressure of C O2, flow velocity, positive ion, output of gas and water etc.; at last, several viable protective methods were given.关键词：二氧化碳，腐蚀，腐蚀产物，膜1前言人们很早就知道溶于水的二氧化碳会对各种仪器设备造成腐蚀损坏，如原油和天然气生产、输送、精炼所需的各种设备和海底输油管线等。

油气田CO2腐蚀及防控技术摘要：在油气田开发中，大力开展二氧化碳驱油技术以提高采收率，该技术不仅适合于常规油藏，尤其对低渗及特低渗油藏，有明显驱油效果。

目前大港油田已规模实施二氧化碳吞吐，取得了显著成效，但CO2导致严重腐蚀问题，研究腐蚀机理及防控技术尤其重要，以形成一套完整有效的防腐技术。

关键词：CO2；腐蚀机理；影响因素；防控技术随着油田二氧化碳吞吐技术的规模实施，腐蚀问题越来越严重，在吞吐和开井生产过程中采取相应的防控措施至关重要。

CO2腐蚀防治是一项系统工程，需要先研究其腐蚀机理及腐蚀情况，采用多种防腐技术，以起到对油杆、油管、泵以及地面集输系统的有效保护。

目前大港油田研究形成了以化学防腐技术为主、电化学保护和材料防腐为辅的防控技术，可实现井筒杆管、套管、地面管线设备的全流程防护。

1CO2腐蚀机理CO2腐蚀机理可以简单理解为CO2溶于水后生成碳酸后引起的电化学腐蚀。

由于水中的H+量增多，就会产生氢去极化腐蚀，从腐蚀电化学的观点看，就是含有酸性物质而引起的氢去极化腐蚀[[1]]。

腐蚀机理主要分为阳极和阴极反应两种。

在阴极处，CO2溶于水形成碳酸，释放出H+，它极易夺取电子还原，可促进阳极铁溶解而导致腐蚀。

阳极反应：Fe → Fe2+ + 2e-阴极反应： H2CO3→ H+ + HCO3-2H+ + 2e → H2↑碳酸比相同pH值下的可完全电离的酸腐蚀性更强，在腐蚀过程中，可形成全面腐蚀和局部腐蚀。

全面研究二氧化碳的腐蚀机理十分关键，2CO2腐蚀影响因素二氧化碳对金属材料的腐蚀受多种因素影响，有材质因素、压力、温度、流速、pH、介质中水和气体、有机酸、共存离子、细菌腐蚀等，本文主要介绍三种重要因素。

2.1 二氧化碳压力碳钢等金属的腐蚀速度随二氧化碳分压压力增大而加大，溶于水介质中CO2的含量增大，酸性增强，H+的还原反应就会加速，腐蚀性加大。

通过高温高压动态腐蚀评价来验证压力的影响，选取二氧化碳不同压力作为试验条件，对采出液在不同压力下评价腐蚀性。

二氧化碳腐蚀试验引言：二氧化碳腐蚀是一种常见的金属腐蚀现象，特别是在工业环境中，如石油化工、能源、航空航天等领域，二氧化碳腐蚀对设备和结构的安全和可靠性造成了威胁。

因此，研究二氧化碳腐蚀机理和寻找有效的防护措施具有重要意义。

一、二氧化碳腐蚀的机理二氧化碳腐蚀是指金属与二氧化碳气体发生化学反应，导致金属表面出现腐蚀现象。

这种腐蚀通常发生在高温高压的工业环境中，如油气田、化工装置等。

二氧化碳腐蚀主要有以下几个方面的机理：1. 电化学腐蚀：二氧化碳溶解在水中会生成碳酸，而碳酸具有一定的电离能力，形成的氢离子可以加速金属的腐蚀过程。

2. 碱性腐蚀：二氧化碳溶解在水中会生成碳酸根离子，而碳酸根离子具有一定的碱性，对金属具有腐蚀性。

3. 氧化腐蚀：二氧化碳中的氧气和金属表面发生氧化反应，导致金属表面形成氧化物，进而引发腐蚀。

二、二氧化碳腐蚀试验的目的和方法为了研究二氧化碳腐蚀的机理和评估材料的腐蚀性能，科学家们开展了二氧化碳腐蚀试验。

这些试验的主要目的是测量材料在二氧化碳环境中的腐蚀速率和腐蚀形态，以及评估不同防护措施对腐蚀的效果。

常用的二氧化碳腐蚀试验方法包括：1. 重量损失法：将试样暴露在二氧化碳环境中一定时间后，通过测量试样的重量变化来计算腐蚀速率。

2. 电化学法：使用电化学方法测量试样在二氧化碳环境中的腐蚀电流和电位，以评估材料的腐蚀性能。

3. 表面分析法：通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)等表面分析技术，观察和分析试样表面的腐蚀形貌和化学成分。

三、二氧化碳腐蚀试验的影响因素二氧化碳腐蚀的严重程度受多种因素的影响，包括二氧化碳浓度、温度、压力、流速、材料成分等。

其中，二氧化碳浓度是影响二氧化碳腐蚀最重要的因素之一。

随着二氧化碳浓度的增加，腐蚀速率也相应增加。

此外，温度、压力和流速的增加也会加剧二氧化碳腐蚀的程度。

四、二氧化碳腐蚀的防护措施为了减轻二氧化碳腐蚀对设备和结构的损害，科学家们提出了多种有效的防护措施。

浅谈天然气管道中的CO2腐蚀随着天然气的开发利用，天然气田相继出现，天然气管网的日益增多，而管道遭受腐蚀也是最十分少见的现象，CO2腐蚀也就显得越来越重要。

在液化的开发加工和输送过程中，各类管道遭受腐蚀是最常见的现象，近年来，随着天然气大力推广的广泛使用推广，CO2腐蚀是油气管道中常见的腐蚀类型，众所周知，油气管道有外腐蚀和内共腐蚀。

从设计开始就对外腐蚀采取周密有效的措施，而对内腐蚀若果重视H2S 的腐蚀，对CO2腐蚀目前来说尚未得到行之有效的措施。

其实CO2也是造成内主要腐蚀的一种重要原因，使得CO2腐蚀环境问题变的日益突出。

1.CO2腐蚀的机理CO2腐蚀长期以来一直被认为多孔性是一个问题，而且已经进行了广泛的研究。

干燥气相CO2本身不具有腐蚀性，CO2极易溶于水，当遇水时，一定量的CO2将已经形成具有一定浓度的CO2溶液——H2CO3（碳酸），H2CO3和无机酸相比，因为它不能完全被熔化，所以它是一种弱酸。

各种机理对生锈腐蚀过程都进行了假设，但都包含有CO2溶于水中所形成的碳酸或碳酸氢根离子——这引致的腐蚀速度比导致强酸中以相同pH值所得到的腐蚀速度还相对较低。

碳酸反应的步骤可以列举如下概括如下：CO2(气)+H2O=H2CO3碳酸水解：H2CO3→H++HCO3-HCO3-→H++CO32-溶液中的H2CO3和Fe反应促使Fe腐蚀：Fe→Fe2++2e阳极反应H++e→H阴极反应2H→H2Fe+H2CO3→FeCO3+H2由于H2CO3第八次水解非常微弱，所以认为H2CO3溶液中主要存在H+和HCO3-等离子，因此大部分反应溴化氢中大多数物质不是FeCO3而是Fe(HCO3)2,Fe(HCO3)2在一定温度下发生分解。

Fe(HCO3)2→FeCO3+H2O+CO22.CO2腐蚀的影响因素CO2腐蚀受到众多因素的影响，主要包括CO2分压、温度、pH值、介质流速、碳酸盐垢、蜡的作用等等。

2.1.CO2分压CO2溶解于水相生成H2CO3，与管道表面发生化学反应，产生CO2腐蚀。