腐蚀综述

石油管线腐蚀综述

油井套管腐蚀与防护

1 油套管的腐蚀机理分析

套管是油井的永久性部分，套管的寿命直接决定油井的寿命。

1.1 油井套管腐蚀的原因

造成油井套管被腐蚀的主要原因包括溶解气体腐蚀、溶解盐腐蚀、细菌腐蚀等。油井套管腐蚀与管材冶金特性和服役环境有关。管材冶金特性主要包括：化学成分、热处理与材料组织结构等。服役环境影响包括：介质pH 值、溶液成分与浓度、温度与压力、介质流速等。碳钢和低合金钢与含 H2S，CO2和Cl-等腐蚀介质接触时，一般会发生两种类型的腐蚀，一种为H2S所引起的环境敏感开裂，包括氢致开裂（HIC）、阶梯型裂纹（SWC）、应力定向氢致开裂（SOHIC）、软区开裂（SZC）及硫化物应力开裂（SSC）；另一种为失重腐蚀（MLC），包括全面腐蚀、点蚀和缝隙腐蚀等。按照腐蚀介质划分， 一般有溶解气体腐蚀、溶解盐类腐蚀及细菌腐蚀等[1-7]。

1.1.1 溶解气体腐蚀

油气田水中溶解的氧（主要来自地面注入的泥浆和回注水）能引起碳钢的腐蚀。溶液中含有低于1 mg/L 的氧就可能造成严重的腐蚀，如果同时存在CO2或H2S 气体，腐蚀速率会急剧升高。影响氧腐蚀的主要因素有氧浓度、压力、温度等。碳钢在油气田水中的腐蚀速度取决于氧浓度和氧扩散势垒。光洁的碳钢表面，氧扩散势垒小，因而腐蚀速度较快，随着腐蚀过程的进行，生成的腐蚀产物膜起到扩散势垒的作用，腐蚀速率逐步降低，最后达到基本恒定的腐蚀速率。CO2常作为石油和天然气的伴生气存在于油气中。另外，采用CO2作为趋油剂来提高油气

采收率也会带入CO2［33］。CO2可以在水中溶解，生成H2CO3，降低溶液的pH 值，促使

阳极铁溶解而导致腐蚀。美国的Little Creek 油田实施CO2驱矿场试验期间，没

有采取任何防护措施，油管腐蚀速率高达1217mm/a，不足5 个月时间，管壁就被腐蚀穿孔［34］。我国华北油田潜山构造中CO2石油伴生气含量高达42%，使得低碳

钢的腐蚀速率达到3～7mm/a。CO2可导致严重的局部腐蚀、穿孔及应力腐蚀（SCC）

等［35］。影响碳钢CO2腐蚀速率的因素除材料外，主要与CO2分压，温度，pH值，

Cl-和HCO3-等因素有关，其中CO2分压起着决定性的作用［30-36］。当CO2分压低于0.021

MPa时，几乎不发生腐蚀；当分压在0.021～0.21 MPa之间时，发生不同程度的点蚀；当分压大于0.21 MPa，发生严重的局部腐蚀。含CO2油气井的局部腐蚀由于

受温度的影响常常选择性地发生在井的某一深处［37］。国内外不少油气井都含有H2S。油气中的H2S 除来自地层外，滋长的硫酸盐还原菌（SRB）转化地层中和化

学添加剂中的硫酸盐时，也会释放出H2S。H2S的水溶液呈酸性，增加腐蚀速率。