油田水腐蚀原理

由于腐蚀电池中阳极区的自由电子移向电极电 势较高的阴极区，使阳极区电子缺乏，而阳极反应 产生的电子又来不及补充，因而阳极发生极化。
由于电流的通过，阳极电势偏离其平衡电势而 向正方向移动的现象，称为阳极极化。
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发生阳极极化的原因：
✓ 活化极化
当金属离子进入溶液的反应速度小于电子由阳极通过导线 流向阴极的速度，则阳极电势向正向移动。这种由阳极过程 进行缓慢而引起的极化，称为活化极化。
✓ 浓差极化
阳极溶解产生的金属离子，首先进入阳极表面附近的液层 中，使之与溶液深处产生浓差，由于阳极表面金属离子扩散 速度制约，阳极附近金属离子浓度逐渐升高，相当于电极插 入高浓度金属离子的溶液中，导致电势变正，产生阳极极化。
✓ 电阻极化
当金属表面有氧化膜，或在腐蚀过程中形成膜时，膜的电 阻率远高于基体金属，则阳极电流通过此膜时，将产生压降， 使电势显著变正，由此引起的极化，称为电阻极化。
腐蚀所造成的危害不仅使金属材料本身在外形 色泽及机械性能等方面受到破坏，更主要的是使 其制品的质量等级下降以至报废。
因腐蚀而造成的损失是惊人的，每年因腐蚀报 废的钢材设备约相当于当年产量的30%，其中10% 不可回炉再生。
在油气田注水开发中，从油水井地下管柱到地 面管道和储罐以及各种工艺设备都会遭到腐蚀， 严重影响注水开发效果，造成巨大的经济损失。
H2 Fe2＋＋H2
注水管线中腐蚀的电极反应：
阳极反应：2Fe
2 Fe2＋＋4e
＋） 阴极反应：O2＋2H2O＋4e 电池反应：2Fe＋O2＋2H2O
4OH－ Fe2＋＋4OH－
H+和O2是阴极去极化剂 19
2. 阴极过程（还原反应） ✓ 氢离子还原反应或析氢反应
2H++2eH2 此反应电极电势较低的金属在酸性介质中腐蚀 是常见的阴极去极化反应。 Zn、Al、Fe等金属的电极电势低于氢的电极电 势，因此这些金属在酸性介质中的腐蚀将伴随氢气 的析出，称为析氢腐蚀。
还原反应。
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电化学腐蚀
金属与电解质溶液发生电化学作用而引起的金属腐蚀。
腐蚀的电化学本质是金属(阳极)释放自由电子，自由 电子通过导体传递到阴极，再由阴极传递到溶液(电介 质导体)中被其它物质吸收的过程。
腐蚀过程是一个发生在金属和溶液界面上的多相界面 反应，同时也是一个多步骤的反应。
电负性较小的金属易失电子，被氧化而腐蚀，是腐蚀电池
外表腐蚀情况
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外表腐蚀情况
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外表腐蚀情况
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11.2 腐蚀的分类
由于腐蚀领域涉及范围极广，腐蚀材料、 腐蚀环境、腐蚀机制也是多种多样，因此有 不同的分类方法：
※腐蚀环境（干腐蚀、湿腐蚀） ※腐蚀机制 ※腐蚀形态类型 ※金属材料 ※应用范围或工业部门 ※防护方法
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11.2 腐蚀的分类
腐蚀环境
油田水腐蚀原理
本章主要内容
☆ 腐蚀原理 ☆ 腐蚀类型 ☆ 控制油田水腐蚀的方法 ☆ 缓蚀剂 ☆ 缓蚀机理
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11.1 金属的腐蚀及其危Hale Waihona Puke Baidu 11.1.1金属的腐蚀
金属腐蚀是指金属在周围 介质（最常见的是液体和气 体）作用下由于化学、电化 学和物理溶解作用而产生的 破坏。
金属腐蚀的本质都是金属 原子失电子被氧化的过程。
的阳极（也称负极）。电化学腐蚀比化学腐蚀普遍得多,腐蚀
的速率一般也快得多。
油田污水中溶解有O2、CO2、其它盐类或酸，可作为电解质 溶液，会在金属表面形成无数个腐蚀电池，它们不停的工作而
使设备腐蚀。
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1. 阳极过程（氧化反应） 腐蚀电池中电极电势较低的金属为阳极，发生
氧化反应。因此，阳极过程就是阳极金属发生电化 学溶解或阳极钝化的过程。
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化学腐蚀
金属与周围介质直接发生氧化还原反应而
引起的腐蚀叫化学腐蚀。
化学腐蚀的腐蚀产物在金属表面形成表面
膜，表面膜的性质决定了化学腐蚀的速度。
化学腐蚀发生在非电解质溶液中或干燥的
气体中，在腐蚀过程中不产生电流。如：钢
铁的高温氧化脱碳、石油或天然气输送管部
件的腐蚀等。
化学腐蚀原理比较简单,属于一般的氧化
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11.1.2金属腐蚀的基本过程 （1）通过对流和扩散作用腐蚀介质向界面 迁移； （2）在相界面上发生反应； （3）腐蚀产物从相界面上迁移到介质中去 或在金属表面上形成覆盖膜。
腐蚀过程还受到离解、水解、吸附和溶
剂化作用等其它过程的影响。
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11.1.3 金属腐蚀的特点
（1）因金属腐蚀造成的破坏一般先从金属表面开始， 然后伴随着腐蚀过程的进一步发展，腐蚀破坏将扩展 到金属材料的内部，并使金属性质和组成发生改变；
➢ 干腐蚀（干燥气体、高温气体） ➢ 湿腐蚀（潮湿和含水介质中） ➢ 无水有机液体和气体中的腐蚀—属于化
学腐蚀，如Al在CCl4和乙醇中的腐蚀 ➢ 熔盐和熔渣中的腐蚀 ➢ 熔融金属中的腐蚀
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11.2 腐蚀的分类
腐蚀机理
➢ 化学腐蚀 ➢ 电化学腐蚀 ➢ 生物腐蚀 ➢ 物理腐蚀
金属由于单纯的物理溶解作用引起的破坏。如热浸 锌用的铁锅，由于液态锌的溶解作用，铁锅很快被 腐蚀。
（2）金属材料的表面状态对腐蚀过程的进行有显著的 影响。金属表面有钝化膜或防氧化覆盖层，腐蚀与其 化学组成、组织结构状态以及孔径、孔率等因素密切 相关。
金属材料在腐蚀体系中的行为，还与其化学成分、 金相结构、力学性质等因素有关。金属材料在介质中 的腐蚀行为基本上由它的化学成分所决定。
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11.1.4 腐蚀的危害
阳极反应通式： Mn+ne+mH2OMn+mH2O+ne
即：金属表面晶格中的金属阳离子，在极性水分子 作用下进入溶液，变成水化阳离子；而电子在阴、 阳极间电势差的作用下通过金属移向阴极，进一步 促进阳极反应的进行。
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1. 阳极过程（氧化反应） 金属阳极溶解过程至少由以下几个步骤组成：
✓ 金属原子离开晶格转变为表面吸附原子； ✓ 表面吸附原子越过双电层进行放电转变为水化阳离子； ✓ 水化金属阳离子从双电层溶液侧向溶液深处迁移。
2. 阴极过程（还原反应） 腐蚀电池的阴极过程，指电解质溶液中的氧化
剂与金属阳极溶解后释放出来，并与转移到阴极区 的电子相结合的反应过程。
溶液中能在阴极区吸收电子而发生还原反应的 氧化性物质，在腐蚀学上称阴极去极化剂，简称去 极化剂。
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在酸性环境中腐蚀的电极反应：
阳极反应：Fe
Fe2＋＋2e
＋） 阴极反应：2H＋＋2e 电池反应：Fe ＋2H＋