油气管道CO_2/H_2S腐蚀及防护技术研究进展

CO2和H2S是油气管道中主要的腐蚀介质,两者往往同时存在于原油和天然气之中,是造成油气输送管道内腐蚀发生的主要原因之一,甚至会导致管道失效、穿孔、泄漏、开裂等现象,严重威胁了管网的安全运行及正常生产。因此CO2和H2S引起的管道腐蚀问题,已成为当前研究的热点问题。针对油气管道日益严重的CO2和H2S腐蚀问题,综述了CO2单独存在、H2S单独存在以及CO2和H2S共同存在三种体系中油气管道的腐蚀过程,得出了在这三种腐蚀体系下油气管道出现的主要腐蚀行为规律以及腐蚀机理。阐述了CO2和H2S共同存在体系下,缓蚀剂、耐蚀性管材、电化学防腐技术、管道内涂层技术等先进的油气管道腐蚀防护技术,并剖析了这些防护措施各自的特点及在实际工程使用中的优势和局限性。最后,展望了CO2和H2S共存体系的进一步研究方向以及更经济、更有效的防腐措施发展前景。

H_2S分压对油管钢CO_2/H_2S腐蚀的影响

采用高温高压釜 ,辅以失重法和扫描电镜 ,对不同H2 S分压下 (1 4kPa,2 0kPa ,6 0kPa ,12 0kPa)油管钢N80、P110的CO2 /H2 S腐蚀进行了研究 .结果表明 ,在试验H2 S分压范围内 ,随着H2 S分压的升高 ,两种钢的腐蚀速率先增后降 ,且都在H2 S分压为 2 0kPa时取得最大值 .

CO_2分压对油管钢CO_2/H_2S腐蚀的影响

采用高温高压釜、失重法和扫描电镜,对不同CO2分压(310 2642、930 7926、1551 3210、2171 8494kPa)条件下油管钢N80和P110的CO2/H2S腐蚀进行了研究。结果表明,随着CO2分压的升高,两种钢的CO2/H2S腐蚀速率均单调增加;除了CO2分压极低的情况以外,P110钢的腐蚀速率总是大于N80钢。

油气田中CO_2/H_2S腐蚀与防护技术的研究进展

大多数油气田都会含有CO2/H2S等腐蚀性气体,而CO2/H2S腐蚀是油气田采集、运输、处理过程中主要的腐蚀介质。综述了CO2/H2S腐蚀机理以及影响因素,并在此基础上介绍了防腐蚀涂层技术、缓蚀剂技术、过滤吸附技术以及新型牺牲阳极技术等国内外常用的防腐措施在防止CO2/H2S腐蚀中的应用,并指出各种新的防止CO2/H2S腐蚀的方法将会不断被提出并得到应用。

不同H_2S分压下N80油管钢的CO_2/H_2S腐蚀行为

采用高温高压釜试验,辅以失重法计算和扫描电镜分析,对不同H2S分压(0.001 5 MPa,0.015 MPa,0.02MPa,0.06 MPa,0.12 MPa)下N80油管钢的CO2/H2S腐蚀行为进行了研究。结果表明,在试验H2S分压范围内,N80油管钢发生了极严重的CO2/H2S腐蚀;随着H2S分压的升高,腐蚀速率先增加后降低,且在H2S分压为0.02 MPa时腐蚀速率取得最大值。

Q125级套管钢高频电阻焊接头耐CO_2/H_2S腐蚀行为

采用SEM,EBSD和电化学等手段研究了Q125级石油套管钢高频电阻焊接头的耐CO2/H2S腐蚀行为.结果表明,Q125级套管钢高频电阻焊接头处母材的耐腐蚀性能最好,热影响区次之,而焊缝的耐腐蚀性能最差,导致高频电阻焊接头在CO2/H2S腐蚀环境中产生了沟槽腐蚀.试验钢焊缝处的大角晶界比例高于母材和热影响区,从而使焊缝区反应速度常数高于母材和热影响区,这是焊缝区腐蚀速率最高的一个重要原因.通过电化学分析表明,焊缝处的电极反应的极化阻力最小,腐蚀反应易于发生;而母材的电极反应的极化电阻最大,腐蚀反应不易进行,这与腐蚀试验所得结果及极化曲线分析结果一致.

氯离子浓度和温度对Cr3钢CO_2/H_2S腐蚀的影响

研究了25℃下不同Cl^-浓度和5g/L Cl^-浓度下不同温度对Cr3钢CO_2/H_2S腐蚀的影响。通过极化试验、失重试验、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)等方法分析了腐蚀速率和腐蚀产物的形貌、成分和结构。结果表明,在25℃时,Cr3钢的腐蚀速率随着Cl^-浓度的增加大体呈降低的趋势;而随着温度的升高,Cr3钢的腐蚀速率逐渐增加;低温时的腐蚀产物主要是FeS,高温时主要是FeS_(1-x)。

渤海某油田混合注水系统CO_2/H_2S腐蚀缓蚀剂的开发

目的缓解渤海某油田混合注水出现严重的CO_2/H_2S腐蚀、现场检测挂片的点腐蚀非常明显等问题。方法首先合成一种适合该油田工况的咪唑啉季铵盐(LH-31),再通过复配得到最优的缓蚀剂配方。结果利用动态高温高压釜,在95℃、0.15 MPa CO_2(含100μg/g H_2S)、总压0.5 MPa N_2、流速1.5 m/s、试验时间72 h条件下,测得空白平均腐蚀率为2.01 01 mm/a,点腐蚀速率1.1106 mm/a。添加40 mg/L的LH-31后,平均腐蚀率降至0.1000 mm/a,点腐蚀速率降至0.5789 mm/a。LH-31的红外谱图中,在879.31 cm^(-1)出现一个吸收峰,可能是季氮原子与相邻碳之间的伸缩振动,说明形成了环状季铵盐类化合物。LH-31与硫脲和苯甲酸钠之间具有协同效应,添加4%硫脲和3%苯甲酸钠组成的高效复合缓蚀剂2E,可将平均腐蚀速率降至0.0200 mm/a,点腐蚀速率降至0.0751 mm/a。极化曲线测试表明缓蚀剂2E为阳极抑制型缓蚀剂。缓蚀剂2E在现场进行了试验,通过旁路腐蚀试验测试1 d后,前后加注40 mg/L的缓蚀剂2E,试片的平均坑深由0.139μm降低至0.0258μm。结论缓蚀剂2E能有效抑制该渤海油田混合注水的均匀腐蚀和点腐蚀。

基于人工神经网络的CO_2/H_2S腐蚀速率预测模型

探索对油气管线CO2/H2S腐蚀速率的预测,应用LabVIEW软件中的MATLAB Script节点,通过Lab-VIEW与MATLAB混合编程构建了虚拟仪器程序,建立了油气管线腐蚀速率预测的BP神经网络模型。数值仿真试验结果表明,建立的模型稳定性好,预测精度高,使用效果良好。

碳钢CO_2/H_2S腐蚀及缓蚀行为试验研究

采用失重法研究了75℃时3%NaCl水溶液中不同CO2/H2S分压下碳钢(A3钢、P110钢和N80钢)在CO2/H2S共存条件下的腐蚀及缓蚀行为。结果表明,H2S的存在使得碳钢的CO2腐蚀速率减缓,缓蚀剂JHC-A能较好地抑制碳钢在CO2/H2S共存条件下的腐蚀。

Cr对Q125级套管钢组织性能及CO_2/H_2S腐蚀行为的影响

为了明确Cr元素对深井、超深井用Q125级套管钢性能的影响，本文设计了4种不同Cr含量的石油套管钢，研究了Cr含量对试验钢组织、力学性能以及CO2／H2S腐蚀行为的影响．试验结果表明：Cr质量分数在0．4％～3％变化时，试验钢的屈服强度、抗拉强度随着Cr含量的增加而增大，但横向、纵向冲击功及延伸率则呈现先增大后减小的趋势，当Cr质量分数为1％时，冲击功和延伸率达到最大值；在CO2／H2S共存环境下，4种试验钢腐蚀产物膜均分为两层，内层以FeCO3为主，外层则是FeS和FeS1-x为主，而Cr主要在腐蚀产物膜的内层富集，且随着基体中Cr含量的增加腐蚀产物内层膜的Cr含量也随之增加；Cr的富集增加了腐蚀产物的致密性，进而提高了阻碍基体表面与液体之间离子扩散的能力，使得钢的腐蚀性能得到提高．

低碳微合金钢的耐CO_2/H_2S腐蚀性能

采用金属腐蚀电化学法、失重法及SEM、XRD等对低碳微合金钢分别在单一H2S(pH=2.9)、CO2/H2S流量比为1∶1(pH=2.9)、CO2/H2S流量比为1∶1(pH=5.3)条件下的腐蚀规律进行了研究。结果表明:低碳微合金钢在有CO2存在的情况下,能形成致密的吸附膜,提高了自腐蚀电位,减缓了腐蚀速率;腐蚀产物膜存在微裂纹。

压力与油管钢CO_2/H_2S腐蚀速率的关系

采用高温高压釜,辅以失重法和扫描电镜,对不同CO2和H2S分压下油管钢N80、P110的CO2/H2S腐蚀进行了研究。结果表明,随着CO2分压的升高,两种钢的CO2/H2S腐蚀速率均单调增加;随着H2S分压的升高,两种钢的腐蚀速率先增后降,且都在H2S分压为3 psi时取得最大值。

咪唑啉类缓蚀剂对CO_2/H_2S腐蚀抑制作用研究进展

CO2/H2S腐蚀一直是石油和天然气工业领域棘手问题和研究热点。针对CO2/H2S腐蚀,常采用咪唑啉类缓蚀剂处理。咪唑啉类缓蚀剂通过在金属表面形成单分子吸附膜,改变氢离子的氧化还原电位以及对溶液中的某些氧化剂进行配位,降低电位,达到缓蚀的目的。对咪唑啉类缓蚀剂的缓蚀机理以及研究现状进行了综述。

温度与油管CO_2/H_2S腐蚀速率的关系

采用高温高压釜 ,辅以失重法和扫描电镜 ,对不同温度下 ( 80℃、90℃、1 0 0℃、1 1 0℃ )油管钢N80、P1 1 0的CO2 /H2 S腐蚀速率进行了研究。结果表明 ,在试验温度范围内 ,随着温度的升高 ,两种钢的腐蚀速率先增后降 ,在 90℃时达到最大 ,但P1 1 0钢的腐蚀速率总是高于N80钢。

浅析咪唑啉类缓蚀剂对CO_2/H_2S腐蚀抑制作用

CO2/H2S腐蚀问题一直是石油工业腐蚀问题的一个棘手和研究热点。CO2/H2S腐蚀引起的设备和管道腐蚀失效,造成了巨大的经济损失以及严重的社会后果,所以开展抑制CO2/H2S腐蚀的研究具有深远的经济和社会效应。近年,针对CO2/H2S腐蚀问题采用咪唑啉缓蚀剂处理的研究较多,其通过金属与酸性介质接触在其表面形成单分子吸附膜,以改变氢离子的氧化还原电位,以及络合溶液中的某些氧化剂,从而降低其电位达到缓蚀的目的。文中对新型咪唑啉类缓蚀剂的缓蚀机理以及研究现状作了详尽的概述。

N80油管钢CO_2/H_2S腐蚀的阴极过程EIS分析

为了找出油管钢CO2/H2S腐蚀的阴极反应与腐蚀时间的关系,采用高温高压釜装置,辅以交流阻抗谱(EIS)测试技术,在100℃时,CO2分压180 psi和H2S分压2 psi的条件下,对N80油管钢在模拟油田采出液中CO2/H2S腐蚀的阴极过程进行了研究。结果表明,阴极反应的交流阻抗谱随着腐蚀时间发生变化。2 h和12 h后交流阻抗谱呈现单容抗特征,腐蚀以H2S腐蚀为主;36 h和72 h后出现W arburg阻抗特征,分析认为这是由腐蚀产物膜引起的。

90℃时油管钢P110的CO_2/H_2S腐蚀行为

采用高温高压釜试验,辅以失重法、X射线衍射、扫描电镜和电子能谱分析,对90℃时油管钢P110在模拟油井采出液中的CO2/H2S腐蚀行为进行了研究。结果表明,在本试验条件下,油管钢P110的腐蚀速率高达5.1260mm/a,腐蚀类型以H2S腐蚀(坑蚀)为主,腐蚀产物主要为硫化物。

CO_2/H_2S腐蚀速率测试除氧方法的改进

对动态CO_2/H_2S腐蚀测试除氧操作进行了改进,建立了新的测试溶液预除氧装置和方法。采用测试溶液先外部预除氧,然后液体由真空负压吸入测试釜内,进一步除氧1h的操作流程,并通过平行试验验证。结果表明:该方案可确保腐蚀测试溶液除氧完全,保证了腐蚀试验的准确性与可重复性。

N80油管钢CO_2/H_2S腐蚀的阳极过程EIS分析

为了找出油管钢CO2/H2S腐蚀的阳极反应与腐蚀时间的关系,采用高温高压釜装置,辅以交流阻抗谱(EIS)测试技术,在100℃,CO2分压241kPa(180psi)和H2S分压13.8kPa(2psi)的条件下,对N80油管钢在模拟油田采出液中CO2/H2S腐蚀的阳极过程进行了研究。结果表明,阳极反应的交流阻抗谱随着腐蚀时间发生变化:2h后为两个容抗弧,反应受活化控制;12h后高频区出现双电层容抗弧,低频区不仅出现Warburg阻抗,还有一个容抗弧叠加,说明阳极过程不只是受离子扩散穿过腐蚀产物膜控制,还有一个附加的电极过程;36h和72h后只出现Warburg阻抗,此时反应受离子扩散穿过腐蚀产物膜控制。