油田管道腐蝕的原因及解決辦法
一、金屬腐蝕原理
（一）金屬的腐蝕金屬的腐蝕是指金屬在周圍介質作用下，由於化學變化、電化學變化或物理溶解作用而產生的破壞。
（二）金屬腐蝕的分類
1．據金屬被破壞的基本特徵分類
根據金屬被破壞的基本特徵可把腐蝕分為全面腐蝕和區域性腐蝕兩大類：
（1）全面腐蝕：腐蝕分布在整個金屬表面上，可以是均勻的，也可以是不均勻的。如碳鋼在強酸中發生的腐蝕即屬此例。
均勻腐蝕的危險性相對較小，因為若知道了腐蝕的速度，即可推知材料的使用壽命，並在設計時將此因素考慮在內。
（2）區域性腐蝕：腐蝕主要集中在金屬表面某一區域，而表面的其他部分幾乎未被破壞。例如點蝕、孔蝕、垢下腐蝕等。
垢下腐蝕形成的垢下溝槽、塊狀的腐蝕，個易被發現，往往是在清垢後或腐蝕穿孔後才知道。區域性腐蝕的危害性極大，管線、容器在使用較短的時間內造成腐蝕穿孔，致使**洩漏，影響油田正常生產。
2．據腐蝕環境分類
按照腐蝕環境分類，可分為化學介質腐蝕、大氣腐蝕、海水腐蝕、土壤腐蝕。這種分類方法有助於按金屬材料所處的環境去認識腐蝕。
3．據腐蝕過程的特點分類
按照腐蝕過程的特點分類，金屬的腐蝕也可按化學腐蝕、電化學腐蝕、物理腐蝕3 種機理分類。
（1）金屬的化學腐蝕：金屬的化學腐蝕是指金屬表面與非電解質直接發生純化學作用而引起的破壞。在化學腐蝕過程中，電子的傳遞是在金屬與氧化劑之間直接進行的，因而沒有電流產生。
但單純化學腐蝕的例子是很少見的。很多金屬與空氣中的氧作用，在金屬表面形成一層氧化物薄膜。表**的性質（如完整性、可塑性、與金屬的附著力等）對於化學腐蝕速率有直接影響。
它作為保護層而具有保護作用，首先必須是緊密的、完整的。以金屬在空氣中被氧化為例，只有當生成的氧化物膜把金屬表面全部遮蓋，即氧化物的體積大於所消耗的金屬的體積時，才能保護金屬不至於進一步被氧化。否則，氧化膜就不能夠蓋沒整個金屬表面，就會成為多孔疏鬆的膜。
（2）金屬的電化學腐蝕：金屬與電解質溶液作用所發生的腐蝕，是由於金屬表面發生原電池作用而引起的，這一類腐蝕叫做電化學腐蝕。採油工程中的腐蝕過程通常是電化學腐蝕。
電化學腐蝕過程由下列三個環節組成：
①在陽極，金屬溶解，變成金屬離子進入溶液中：
me→men＋＋ne （陽極過程）
②電子從陽極流向陰極；
③在陰極，電子被溶液中能夠吸收電子的物質（d）所接受：
e－＋d→［d·e－］（陰極過程）
在陰極附近能夠與電子結合的物質很多，但在大多數情況下，是溶液中的h＋和o2。h－與電子結合形成h2，o2在溶液中與電子結合生成oh－：
2h＋＋2e→h2
o2＋2h2o＋4e→4oh－（在中性或鹼性液中）
o2＋4h＋＋4e→2h2o （在酸性介質中）
以上三個環節是相互聯絡的，三者缺一不可，如果其中乙個環節停止進行，則整個腐蝕過程也就停止。
金屬電化學腐蝕的產生，是由於金屬與電解質溶液接觸時形成了腐蝕原電池所致。
（3）物理腐蝕是指金屬由於單純的物理溶解作用所引起的破壞，如許多金屬在高溫熔鹽、熔鹼及液態金屬中可發生物理腐蝕。
（三）金屬腐蝕速度的表示方法
金屬遭受腐蝕後．其質量、厚度、機械效能、組織結構、電極過程都會發生變化，這些物理效能和力學效能的變化率可用來表示金屬腐蝕的程度。在均勻腐蝕的情況下通常採用質量指標、深度指標和電流指標來表示。
1．質量指標
這種指標就是把金屬因腐蝕而發生的質量變化，換算成相當於單位金屬表面積於單位時間內的質量變化的數值。所謂質量的變化，在失重時是指腐蝕前的質量與消除了腐蝕產物後的質量之間的差值；在增重時係指腐蝕後帶有腐蝕產物時的質量與腐蝕前的質量之差，可根據腐蝕產物容易去除或完全牢固地附著在試件表面的情況來選取失重或增重表示法：
（2）金屬腐蝕速度的深度指標此指標表示單位時間內金屬的厚度因腐蝕而減少的量。在衡量不同密度的各種金屬的腐蝕程度時，這個指標很方便，與質量指標間有以下換算關係：
vl＝v·8．76／ρ （3－9）
式中 vl———腐蝕的深度指標，mm／a；
ρ———被腐蝕金屬的密度，g／cm3。
除上述單位以外，在不少文獻中也經常用mdd 即mg／（dm2·d），ipy （in／a），mpy （mil／a）等作為質量指標和深度指標的單位，之間可以相互換算。根據金屬年腐蝕深度的不同，管道及儲罐的介質腐蝕性評價標準及大氣腐蝕性評價按sy／t0087—95 進行。
3．金屬腐蝕速度的電流指標
此指標是以金屬電化學腐蝕過程的陽極電流密度的大小來衡量金屬的電化學腐蝕速度。可通過法拉第定律把電流指標和質量指標聯絡起來，兩者關係為：
ia＝v×n×26．8×10－4／a （3－10）
式中 ia———腐蝕的陽極電流密度，a／cm2；
v———金屬腐蝕的速度，g／（m2·h）；
n———陽極反應中化合價的變化值；
a———參加陽極反應的金屬的原子質量，g。
二、油氣田腐蝕環境
金屬腐蝕是金屬與周圍環境的作用而引起的破壞。影響金屬腐蝕行為的因素很多，它既與金屬自身的因素有關，又與腐蝕環境相連。了解這些因素，可以幫助我們去解決油氣田生產中的腐蝕問題，弄清影響腐蝕的主要因素，從而採取有效的防腐措施，做好油氣田防腐工作。
（一）金屬材料的影響
1．金屬的化學穩定性
金屬耐腐蝕性的好壞，首先與其本性有關。各種金屬的熱力學穩定性，可近似地用其標準平衡電位來評定。電位越正，金屬的穩定性越高，金屬越耐腐蝕。
反之，金屬離子化傾向越高，金屬就越易腐蝕。但是也有些金屬如al 等，雖然活性大，由於其表面易生成保護膜，所以具有良好的耐蝕性能。金屬的電極電位和其耐蝕性只是在一定程度上近似地反映其對應關係，並不存在嚴格的規律。
2．金屬成分的影響
由於純金屬的各種效能不能滿足工業需要，因此在實際應用中多採用它們的合金。合金又分單相合金和多相合金。
（1）單相合金：單相固溶體合金，由於組織均一，具有較高的化學穩定性，因而耐腐蝕性就較高，如不鏽鋼等。
單相合金的腐蝕速度與穩定的***組分的加入量有一特殊的規律叫「n／8」（原子分數）定律（n 為正整數，一般為1，2，4，6，…），也就是當***（或化學穩定性較高的金屬）組分的含量佔合金的12．5％，25％，50％，…時，合金的耐腐性才突然提高。
（2）兩相或多相合金：由於各相的化學穩定性不同，在與電解質溶液接觸時，在合金表面上形成許多腐蝕微電池，所以比單相合金容易遭受腐蝕。但也有耐蝕性很高的多相合金，如矽鑄鐵、矽鉛合金等。
合金的腐蝕速度與以下三點有關：當合金各組分存在較大電位差時，合金就易腐蝕；若合金中陽極以夾雜物形式存在且面積較小時，陽極首先溶解，使合金成為單相，對腐蝕不產生明顯的影響；若合金中陰極相以夾雜物形式存在，陽極作為合金的基底將遭受腐蝕，且陰極夾雜物分散性越大，腐蝕就越強烈。
3．金屬表面狀態的影響
表面光滑的金屬材料表面易極化，形成保護膜。而加工精糙不光滑的金屬表面容易腐蝕，如金屬的擦傷、縫隙、穴寓等部位都是天然的腐蝕源。粗糙的表而易凝聚水滴，造成大氣腐蝕，而深窪部分則易造成氧濃差電池而受腐蝕。
總之，金屬工件加工表面應光潔。
4．金相組織與熱處理的影響
金屬的耐蝕性能取決於金屬及合金的化學組分，而金相組織與金屬的化學組合密切相關，但當合金的成分一定時，隨加熱和冷卻能進行物理轉變的合金，其金相組織就與熱處理有密切關係，隨溫度變化產生不同的金相組織，而後者的變化又影響了金屬的耐腐蝕性。
5．變形及應力的影響
金屬在加工過程中變形，產生很大的內應力，其中拉應力能引起金屬晶格扭曲而降低金屬電位，使腐蝕過程加速，而壓應力則可降低腐蝕破裂的傾向。
（二）油田水腐蝕
水是石油的天然伴生物。水對金屬裝置和管道會產生腐蝕。尤其是含有大量雜質的油田水對金屬會產生嚴重的腐蝕。
油田水中的溶解鹽類對金屬腐蝕有很大影響，其中最主要的是氯化物。另一類最常見的引起金屬腐蝕的物質是水中溶解的氧氣、二氧化碳、硫化氫等氣體。此外，油田水中存有的硫酸鹽還原菌等微生物也會對金屬產生嚴重腐蝕。
下面針對油田水各種因素對腐蝕的影響分別作一介紹。
1．溶解氧的影響
油田水中的溶解氧在濃度小於1mg／l 的情況下也能引起碳鋼的腐蝕。在油田產出水中本來不含有氧，但在後來的處理過程中，與空氣接觸而含氧。淺井中的清水也含有少量的氧。
氧氣在水中的溶解度是壓力、溫度和氯化物含量的函式。氧氣在鹽水中的溶解度小於在淡水中的溶解度。
碳鋼在室溫下的純水中腐蝕速度小於0．04mm／a，只有輕微的腐蝕。如果水被空氣中的氧飽和後，腐蝕速度增加很快，其初始腐蝕速度可達0．45mm／a。幾天之後，形成的鏽層起了氧擴散勢壘的作用，碳鋼的腐蝕速度逐步下降，自然腐蝕速度約為0．1mm／a。
這類腐蝕往往是較均勻的主要腐蝕。而碳鋼在含鹽量較高的水中發生的腐蝕將出現區域性腐蝕，腐蝕速度可高達3～5mm／a。碳鋼在水中的腐蝕，氧濃度和氧擴散勢壘控制了整個腐蝕反應的速度。
光潔的碳鋼表面，氧擴散勢壘小，因而起始腐蝕速度較高。隨著腐蝕過程的進行，腐蝕產物的生成，擴散勢壘產生，腐蝕速度則逐步下降，最後達到基本恆定的腐蝕速度。油田水中的溶解氧是碳鋼產生腐蝕的因素，但不是惟一的因素，還有許多其他因素也影響腐蝕速度，因此必須綜合考慮油田水水質對腐蝕的影響。
值得注意的是：必須依靠氧化劑鈍化的金屬以及必須依靠氧化劑起緩蝕效果的緩蝕劑，溶解氧則是一種防腐劑而不是腐蝕劑。
2．二氧化碳的影響
在大多數天然水中都含有溶解的co2氣體，它的主要**是水體或土壤中的有機物質進行生物氧化時的分解產物。空氣中co2也可溶入水中，不過空氣中的co2所佔比例只有0．04％質量分數，所以水中可溶的co2量只有0．5％mg／l。地層深處水中有時含有大量co2，它是由地球的地質化學過程產生的。
co2和所有的氣體一樣，它在水中的溶解度與壓力、溫度以及水的組成有關。某油井在不同深度處co2的溶解度；co2分壓對水的ph 值的影響；溫度對含有co2水的ph 值的影響。co2溶解度隨壓力的增加而增加，隨溫度的公升高而降低。
當水中有游離co2存在時，水呈酸性反應，即co2＋h2o===h＋＋hco－3，由於水中h＋離子的量增多，就會產生氫去極化腐蝕。所以游離co2腐蝕，從腐蝕電化學的觀點看，就是含有酸性物質而引起的氫去極化腐蝕。此時腐蝕過程的陰極反應為：
2h＋＋2eh2co2溶於水呈弱酸性，因為弱酸只有一部分電離，所以隨著腐蝕過程的進行，消耗掉的氫離子會被弱酸的繼續電離所補充。陽極反應：fefe2＋2e。
鋼材受游離co2腐蝕而生成的腐蝕產物都是易溶的，在金屬表面不易形成保護膜。游離co2腐蝕受溫度的影響較大，因為當溫度公升高時，碳酸的電離度增大，所以公升高溫度會大大促進腐蝕。游離co2腐蝕受壓力的影響也較大，腐蝕速度隨co2分壓的增大而增加。
若水中同時含有o2和co2時，則鋼材的腐蝕就更嚴重。將含有不同量的o2和co2的水對鋼材作腐蝕試驗。從圖中可以看到，o2濃度、co2濃度和溫度的公升高均會加速腐蝕。
這種腐蝕之所以比較嚴重，是因為氧的電極電位高，易形成陰極，侵蝕性強；co2使水呈酸性，破壞保護膜。這種腐蝕特徵往往是金屬表面沒有腐蝕產物，腐蝕速度很快。
管線腐蝕原因及處理
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