油气生产中的二氧化碳腐蚀

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。

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。

原油腐蚀因素
原油腐蚀的因素包括：
1.含硫化合物：通过加氢处理法除去原油馏分油中含硫化合物的过程中，会引发环烷酸的氢化反应，生成碳氢化合物和水。

而含硫化合物、二氧化碳和水的存在，都会使原油和馏分油具有腐蚀性。

2.二氧化碳：溶解于原油中的二氧化碳会引发严重的腐蚀，尤其在存在游离水的情况下。

在与二氧化碳接触一段时期后，金属的厚度会被减少。

除了溶解于原油中二氧化碳浓度因素外，原油压力也会加快腐蚀速率。

3.温度：罐顶内侧腐蚀与油品的类型、温度、油气空间的大小有关。

温差作用可能存在结露，油品受热挥发后，其中的H2S，CO2溶解于水膜，再加上氧的作用，形成电化学腐蚀。

4.腐蚀性介质：油品中含有一定比例的水、溶解氧和H2S、CO2、CI-等腐蚀性介质，这些腐蚀性介质会引发罐底内侧的腐蚀。

5.其他因素：罐底板外侧腐蚀机理为罐底宏电化学腐蚀和罐底微电化学腐蚀，此外，罐下部圈板和底板还遭受相对严重的微生物腐蚀。

此外，罐顶外侧的腐蚀主要是由于罐顶受力变形后，表面凹凸不平，凹陷处积水发生电化学腐蚀所致。

而罐底角焊缝的腐蚀也是罐底内侧腐蚀的一种重要原因。

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。

第二节海上油气田基本腐蚀机理及其影响因素一、二氧化碳腐蚀机理多年来，二氧化碳的腐蚀机理一直是研究的热点。

干燥的CO2气体本身是没有腐蚀性的。

CO2较容易溶解在水中，而在碳氢化合物（如原油）中的溶解度则更高，气体CO2与碳氢化合物的体积比可以达到3比1。

当CO2溶解在水中时，会促进钢铁发生电化学腐蚀。

根据CO2腐蚀的不同腐蚀破坏形态，能提出不同的腐蚀机理。

以CO2对钢铁和含铬钢的腐蚀为例，有全面腐蚀，也有局部腐蚀。

根据介质温度的不同，腐蚀的发生可以分为三类：在温度较低时，主要发生金属的活泼溶解，对碳钢主要发生金属的溶解，为全面腐蚀，而对于含铬钢可以形成腐蚀产物膜；在中间温度区间，两种金属由于腐蚀产物在金属表面的不均匀分布，主要发生局部腐蚀，如点蚀等；在高温时，无论碳钢和含铬钢，腐蚀产物可以较好地沉淀在金属表面，从而抑制金属的腐蚀。

1 二氧化碳全面腐蚀机理铁在CO2水溶液中的腐蚀基本过程的阳极反应为：Fe ＋OH-FeOH ＋ eFeOH FeOH++ eFeOH+Fe2++ OH-亦即铁的阳极氧化过程G.Schmitt等的研究结果表明在腐蚀阴极主要有以下两种反应。

（下标ad代表吸附在钢铁表面上的物质，sol代表溶液中的物质）1.1非催化的氢离子阴极还原反应当PH < 4时H3O+ ＋ e Had + H2OH2CO3H++ HCO3-HCO3-H++ CO32-当4<PH <6时H2CO3+ e Had + HCO3-当PH>6时2HCO3- ＋2e H2+ 2CO32-1.2表面吸附CO2,ad的氢离子催化还原反应CO2,sol CO2,adCO2,ad + H2O H2CO3,adH2CO3,ad + e + HCO3-,adH3O+ad + e Had + H2OH2CO3,ad + H3O+2CO3,ad + H2O两种阴极反应的实质都是由于CO2溶解后形成的HCO3-电离出的H+的还原过程。

油气井CO2腐蚀机理论文关键词：油套管水泥石二氧化碳腐蚀论文摘要：腐蚀是现代工业中一种重要的破坏因素，是三大失效形式之一，在目前的油田生产过程中，腐蚀所造成的损失也十分巨大。

油田开采过程中存在的腐蚀有很多种，其中CO2腐蚀是世界石油工业中一种常见的腐蚀类型，也是困扰油气工业发展的一个极为突出的问题。

本文针对油气井钻采过程中的CO2腐蚀问题及其相应井下防腐工艺和措施展开深入的调研和分析，分析了CO2在不同环境条件下对油气井管柱的腐蚀机理，进行了CO2腐蚀的影响因素和影响规律的讨论。

二氧化碳常作为天然气或石油伴生气的组分存在于油气中。

CO2溶入水后对钢铁及水泥环都有极强的腐蚀性。

在井下适宜的湿度及压力环境条件下，CO2会对水泥和油套管产生严重的腐蚀，使得管道和设备发生早期腐蚀失效，甚至造成生产油、套管的腐蚀断裂。

从而缩短油气井的生产寿命，造成巨大的经济损失。

本文针对油气井钻采过程中的CO2腐蚀问题展开深入的调研和分析，分析了不同环境条件下对油气井管柱的腐蚀机理，进行了CO2腐蚀的影响因素和影响规律的讨论。

1 油气井井下油套管CO2基本特性二氧化碳是无色、无臭的气体，分子式为CO2，分子量为44，比重约为空气的倍。

二氧化碳在不同温度和压力条件下分别以气、液、固三种状态存在。

当温度高于临界温度时，纯CO2为气相；当温度与压力低于临界温度与临界压力时，CO2为液相或汽相；当温度低于-℃、压力低于时，CO2呈现固态，固体二氧化碳也叫干冰，其密度可达/m3，随着外界温度的升高，固态又升华转变为汽相。

二氧化碳的化学性质不活泼，既不可燃，也不助燃。

二氧化碳可在水中溶解，其水溶液显弱酸性，可使石蕊试纸变红。

由此可知，二氧化碳在水中有一部分变为碳酸。

碳酸可以看作二氧化碳的一水化合物，或直接写成H2CO3。

碳酸在水中可离解为离子H2CO3 H+ + HCO3-HCO3- H+ + CO32-二氧化碳的临界状态是纯物质的一种特殊状态，在临界状态时，气相和液相的性质非常接近，两相之间不存在分界面。

油田中的二氧化碳腐蚀油田中的二氧化碳腐蚀CO2是油田生产中常见的腐蚀介质，油田单井、流程、海管中介质含有CO2均可能产生CO2腐蚀，尤其是流体含水量超过30%的情况下。

CO2通常状况下是一种无色、无臭、无味无毒的气体，能溶于水，在25℃溶解度为0.144g （100g水）。

密度约为空气的1.5倍。

干燥的CO2气体本身是没有腐蚀性的，但CO2溶于水后对钢铁材料具有比较强的腐蚀性。

CO2较容易溶解在水中，而在碳氢化合物（如原油）中的溶解度则更高，气体CO2与碳氢化合物的体积比可以达到3：1。

当CO2溶解在水中时，会促进钢铁发生电化学腐蚀。

CO2腐蚀除产生均匀腐蚀外，在大多数情况下产生局部腐蚀损伤。

根据CO2腐蚀的不同腐蚀破坏形态，能提出不同的腐蚀机理。

以CO2对钢铁和含铬钢的腐蚀为例，有全面腐蚀，也有局部腐蚀。

根据介质温度的不同，腐蚀的发生可以分为三类：在温度较低时，主要发生金属的活泼溶解，对碳钢主要发生金属的溶解，为全面腐蚀，而对于含铬钢可以形成腐蚀产物膜；在中间温度区间，两种金属由于腐蚀产物在金属表面的不均匀分布，主要发生局部腐蚀，如点蚀等；在高温时，无论碳钢和含铬钢，腐蚀产物可以较好地沉淀在金属表面，从而抑制金属的腐蚀。

1.二氧化碳全面腐蚀机理二氧化碳腐蚀是气体二氧化碳溶解于水中所产生的电化学腐蚀。

首先环境中的二氧化碳溶解于水中并形成碳酸。

然后碳酸经过两步电离，使溶液呈现酸性。

CO2+H2O?H2CO3H2CO3?H++HCO3?HCO3??H++CO32?在含有二氧化碳的腐蚀溶液中，钢铁材料的阳极反应为：F e→F e2++2e?阴极反应为：2H++2e?→H2↑总的腐蚀反应为：CO2+H2O+F e→F e CO3+H2由总反应式可知，阳极溶解的铁离子和溶液中碳酸根离子形成F e CO3，F e CO3为规则的块状附着在金属表面。

当金属表面形成F e CO3腐蚀膜后，这种腐蚀膜没有明显的保护性。