防腐防垢技術(shù)

防腐技術(shù)目前油田油管常見(jiàn)的腐蝕主要是原油中溶解的CO2、H2S、C1﹣、少量溶解氧和細(xì)菌等腐蝕性物質(zhì)引起的，這些物質(zhì)直接和金屬作用，引起化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。其中H2S、CO2、O2是腐蝕劑，水是載體，C1﹣是催化劑?；瘜W(xué)腐蝕的危害性不大，而造成鋼管表面出現(xiàn)凸穴，以至穿孔的主要原因來(lái)自電化學(xué)腐蝕。腐蝕的控制方法根據(jù)腐蝕機(jī)理的不同和所處環(huán)境條件的不同，采用相應(yīng)的防腐蝕措施。目前國(guó)內(nèi)外的防腐技術(shù)主要有陰極保護(hù)技術(shù)、化學(xué)藥劑保護(hù)技術(shù)、鍍膜保護(hù)技術(shù)、選擇耐腐蝕材料、添加緩蝕劑、應(yīng)用玻璃鋼管和滲鋁鋼。具體如下：一、陰極保護(hù)技術(shù)陰極保護(hù)的原理是給電解質(zhì)中金屬補(bǔ)充大量的電子，使被保護(hù)金屬表面都成為陰極，金屬原子不容易失去電子而變成離子進(jìn)入溶液，達(dá)到抑制腐蝕的目的。可分為犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)和外加電流陰極保護(hù)。1、犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)將被保護(hù)金屬和一種電位更負(fù)的金屬或合金（即犧牲陽(yáng)極）相連，使被保護(hù)體陰極極化以降低腐蝕速率的方法。目前在沈625塊注減氧空氣中使用了陽(yáng)極保護(hù)技術(shù)，但效果不太好，還需進(jìn)一步改進(jìn)。2、外加電流陰極保護(hù)將被保護(hù)金屬與外加電源負(fù)極相連，輔助陽(yáng)極接到電源正極，由外部電源提供保護(hù)電流，以降低腐蝕速率的方法。其方式有：恒電位、恒電流等。目前普遍采用的是鎂鋅鎂鋁陰極保護(hù)，但就防腐效果來(lái)看，同等條件下，N80材質(zhì)腐蝕程度比L80材質(zhì)嚴(yán)重。3、油井套管陰極保護(hù)原理

油井套管陰極保護(hù)，是在油井較密集或油井相對(duì)集中的區(qū)域，平均每2-4口油井打一口陽(yáng)極深井，作為陰極保護(hù)系統(tǒng)的陽(yáng)極，通過(guò)恒電位儀施加強(qiáng)制電流，為套管提供均勻、足量的陰極保護(hù)電流，然后通過(guò)井口附近的匯流點(diǎn)流回恒電位儀的陰極，構(gòu)成閉合回路，使油井套管充分陰極極化，從而避免或減輕油井套管的腐蝕。

深井陽(yáng)極陰極保護(hù)與其他陰極保護(hù)方法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、輸出可調(diào)：

深井陽(yáng)極陰極保護(hù)采用恒電位儀作為外加電流陰極保護(hù)的輸出電源，具有恒電流和恒電位的功能，解決了犧牲陽(yáng)極輸出電位不足和輸出電流電位無(wú)法調(diào)節(jié)的問(wèn)題。

輻射范圍廣：

由于深井陽(yáng)極位于地下水豐富的深層土壤中，可以有效降低陽(yáng)極體的接地電阻，這樣可以使陽(yáng)極體的有效輻射范圍大大提高，使深埋在地底幾公里的套管都能達(dá)到很好的保護(hù)效果，在減少陽(yáng)極地床的數(shù)量的同時(shí)降低成本。適用于空間狹小、土壤電阻率高的地方。

3、電流分布均勻：

深井陽(yáng)極體與油井套管之間保持一定的有金屬涂層，有機(jī)材料涂層，化學(xué)鍍層等。1金屬涂層：根據(jù)電化學(xué)防護(hù)原理，只有當(dāng)金屬涂層的電極電位比油管基體的電極電位負(fù)時(shí)，才能起到陰極保護(hù)作用，即犧牲陽(yáng)極(涂層)，保護(hù)陰極(油管)。當(dāng)油井的油管處于電介質(zhì)中，將產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，即油管中的雜質(zhì)成為陰極，鐵為陽(yáng)極。鐵釋放電子，以水化離子(nH2O)的形式溶解于水中，因而鐵很快被腐蝕。如果鋼鐵表面覆蓋有鋅、鋁等合金涂層，則情況就發(fā)生了變化。因鋅、鋁合金涂層相對(duì)鋼鐵電位更負(fù)，在構(gòu)成腐蝕電池時(shí)成為陽(yáng)極，鋼鐵為陰極，這樣陽(yáng)極區(qū)(鋅、鋁合金)釋放電子而溶解于水，產(chǎn)生腐蝕。陰極區(qū)(油、套管的基體)則在表面吸收電子與氧發(fā)生還原反應(yīng)，受到保護(hù)。2有機(jī)材料涂層：對(duì)于油管的內(nèi)腐蝕，可在其內(nèi)表面涂覆有機(jī)材料防腐層。常用的涂料有：環(huán)氧型,改性環(huán)氧型，酚醛環(huán)氧型樹(shù)脂或尼龍等。要求涂層厚薄均勻，且整個(gè)涂覆表面100%無(wú)針孔。目前，油管防腐涂料大多數(shù)為環(huán)氧粉末。環(huán)氧粉末防腐主要有以下特點(diǎn)：熔融性好，針孔少，涂膜光滑；施工容易，可用靜電噴涂、流化床浸涂等；管壁不易結(jié)垢，同時(shí)還降低了注水能耗。3化學(xué)鍍層：化學(xué)鍍層有結(jié)合力強(qiáng)，硬度高，耐磨性能好，耐蝕性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，在油管防腐中有一定的應(yīng)用。目前化學(xué)鍍油管有兩種主要類(lèi)型：=1\*GB3①鎳磷合金鍍管：由于非晶態(tài)鎳磷(Ni-P)合金鍍層具有優(yōu)異的耐鹽水、H2S和C2O腐蝕性及良好的耐磨性能。近年來(lái)，大慶、勝利、江漢和中原等油田都應(yīng)用了Ni-P合金化學(xué)鍍層油管，取得了一定的防腐效果，降低了生產(chǎn)成本。Ni-P合金化學(xué)鍍層對(duì)油管鋼材是一種封閉性保護(hù)層(即陰極保護(hù)層)，只有在鍍層絕對(duì)完好的情況下(即無(wú)針孔時(shí))，才起到保護(hù)作用。=2\*GB3②雙層鍍管：所謂雙層鍍就是利用兩種鍍層在電位方面的差異，通過(guò)優(yōu)化組合而得到的在較薄厚度情況下就具有優(yōu)異耐蝕性的鍍層。不同磷含量的Ni-P鍍層組成雙層鍍層可以有效地防止油管腐蝕。Ni-P鍍層的防腐能力主要是由于高磷Ni-P鍍層底層為陰極，低磷Ni-P鍍層外層為陽(yáng)極，雙層鍍層本身構(gòu)成腐蝕電池(電位差大于125mV)。陽(yáng)極面積大，電流密度小，腐蝕速度緩慢，且表現(xiàn)為橫向腐蝕。因此基體點(diǎn)蝕被抑制，從而有效地防止了基體局部腐蝕的發(fā)生。對(duì)管材進(jìn)行涂覆層保護(hù)，防腐效果好，對(duì)油氣井生產(chǎn)影響相對(duì)較小，工藝較簡(jiǎn)單，而且成本一般不會(huì)很高。但容易出現(xiàn)點(diǎn)蝕，如果出現(xiàn)漏鍍現(xiàn)象，則會(huì)發(fā)生更為嚴(yán)重的局部腐蝕。如果能改善其工藝，并解決其漏鍍等問(wèn)題，這種防護(hù)方法有望在石油天然氣工業(yè)中廣泛應(yīng)用。四、選擇耐腐蝕材料目前在油氣田應(yīng)用的抗二氧化碳腐蝕鋼材，多數(shù)都含有Cr。通常使用的抗二氧化碳腐蝕鋼材有1Cr，9Cr，13Cr等耐蝕合金鋼，其中13Cr馬氏體不銹鋼的使用量最大。根據(jù)試驗(yàn)得知N80材質(zhì)在同等條件下腐蝕程度比L80-13Cr材質(zhì)腐蝕嚴(yán)重的多，但L80-13Cr（9000-10000萬(wàn)元/噸）材質(zhì)管材成本卻是N80（4000-5000萬(wàn)元/噸）材質(zhì)的2倍多。L80-13Cr為馬氏體不銹鋼，是濕潤(rùn)C(jī)O2環(huán)境下使用的油井管的代表產(chǎn)品，采用美國(guó)石油協(xié)會(huì)(API)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，L80-13Cr已列入APISpec5CT((套管和油管規(guī)范》，因?yàn)槠鋬?yōu)良的耐CO2腐蝕性，成本相對(duì)較高，是很有前途的油田用耐腐蝕材料。在含硫油氣井中使用的油井管,法國(guó)主要采用鉻-鉬-鋁系和鉻-鉬-釩系，日本的NKK采用鉻-鉬系，新日鐵采用鉻-鉬-鈮系，川崎制鐵采用鉻-鉬-鈮-銅-硼系。為滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)油田的特殊要求，寶鋼鋼管分公司的高抗硫油管BG-65S和BG-80SS已應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。五、添加緩蝕劑緩蝕劑，又稱(chēng)腐蝕抑制劑，是一種以適當(dāng)?shù)臐舛群托问酱嬖谟诃h(huán)境（介質(zhì)）中時(shí)，可以防止或減緩腐蝕的化學(xué)物質(zhì)或幾種化學(xué)物質(zhì)的混合物。合理地選擇、使用緩蝕劑，能夠有效地防止金屬及其合金在環(huán)境介質(zhì)中發(fā)生腐蝕。由于使用緩蝕劑防腐效果好，經(jīng)濟(jì)效益高，因此它的應(yīng)用很廣泛。緩蝕劑的應(yīng)用具有較高的選擇性，介質(zhì)不同可選擇不同的緩蝕劑，同一介質(zhì)當(dāng)操作條件有變化時(shí)（溫度、濃度等），所使用的緩蝕劑也會(huì)完全改變（如60℃鹽酸土酸酸化時(shí)用SD-817緩蝕劑，而90℃時(shí)使用SD-818酸化緩蝕劑）。因此，緩蝕劑使用前必須按實(shí)際使用條件進(jìn)行評(píng)測(cè)試驗(yàn)。使用緩蝕劑有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）緩蝕劑的緩蝕效應(yīng)不受設(shè)備形狀的影響；（2）不改變腐蝕環(huán)境，可獲得很好的效果；（3）設(shè)備投資很少，可達(dá)到防腐蝕的目的；（4）腐蝕環(huán)境變化（如介質(zhì)HCl、HBF4、EDTA、檸檬酸）可以通過(guò)改變緩蝕劑的種類(lèi)或濃度來(lái)保持防腐蝕效果；（5）同一種緩蝕劑有時(shí)可同時(shí)防止多種金屬在不同環(huán)境中的腐蝕（IS-129B,SD-815可用于酸化，也可用于注水緩蝕）。工業(yè)用緩蝕劑要求其緩蝕效率高，價(jià)格合理，原料易得，具有以下性能：（1）化學(xué)性能穩(wěn)定，有較長(zhǎng)的使用壽命；（2）緩蝕效果快；（3）不影響材料的物理、機(jī)械性能；（4）低毒或無(wú)毒。注入緩蝕劑進(jìn)行防護(hù)，主要存在以下幾個(gè)主要問(wèn)題：（1）緩蝕劑的有效濃度較低,有效保護(hù)期短。（2）初期投入較少，但累計(jì)投資成本高。（3）適應(yīng)性差。由于實(shí)際腐蝕環(huán)境的復(fù)雜，在一個(gè)油田適用的防腐藥劑，在另一個(gè)油田就未必具有良好的防護(hù)效果。（4）投加緩蝕劑需要的加藥裝置過(guò)多，管理難度大。六、玻璃鋼管的應(yīng)用石油工業(yè)中目前應(yīng)用最多的復(fù)合材料是玻璃纖維增強(qiáng)塑料，即玻璃鋼。玻璃鋼因具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕，幾乎不被油、水、鹽等介質(zhì)侵蝕的特點(diǎn)，從50年代應(yīng)用于油氣設(shè)備內(nèi)襯。到目前為止，已成功應(yīng)用于油管、套管、集輸管、回注管、出油管及管線(xiàn)等。美國(guó)Texas的PaggiEstale高出水率的井中使用了玻璃鋼油管，與J-55鋼管相比，雖然管子本身價(jià)格高出一倍，但減少了使用鋼制油管井底必須裝配化學(xué)注入裝置的麻煩，大大節(jié)省了設(shè)備安裝費(fèi)、維修費(fèi)和化學(xué)藥品消耗費(fèi)等開(kāi)支。報(bào)道美國(guó)石油工業(yè)用玻璃鋼管的生產(chǎn)企業(yè)年產(chǎn)油井管用約400萬(wàn)米。主要用于含CO2或H2S的天然氣井的油管、含腐蝕性介質(zhì)自噴油井的油管、含腐蝕性介質(zhì)無(wú)桿采油井的油管等。注水井采用玻璃鋼內(nèi)襯油管比普通涂層油管防腐效果更好，使用壽命長(zhǎng)，可以減少更換管柱的費(fèi)用，并且對(duì)于因腐蝕造成油管壁厚損失小于50%的舊油管可以修復(fù)再利用。美國(guó)North-condemn油田有500多口井應(yīng)用玻璃鋼內(nèi)襯油管，占注水井總數(shù)的80%，已用了12年，沒(méi)有1口井損壞。美國(guó)把玻璃鋼內(nèi)襯油管作為涂層油管的替代產(chǎn)品，在注水井防腐中，擔(dān)當(dāng)起主力的角色。七、滲鋁鋼的應(yīng)用滲鋁鋼表面形成的Al2O3保護(hù)膜薄而致密，由于這種保護(hù)膜的阻擋作用，使得鋁原子穿過(guò)Al2O3膜到表面與氧反應(yīng)的擴(kuò)散速度和氧原子向內(nèi)遷移的速度都十分緩慢。因此，這層保護(hù)膜保持著較薄的狀態(tài)，并具有良好的附著力和機(jī)械性能。另外，當(dāng)氧化膜受到破壞時(shí)，滲鋁層中的鋁原子會(huì)立即向表面遷移形成新的保護(hù)膜，彌補(bǔ)破損的部位。正因?yàn)橐陨咸攸c(diǎn)，滲鋁鋼具有良好的耐腐蝕性能。通過(guò)研究碳鋼Q235滲鋁后的耐蝕性能，發(fā)現(xiàn)在硫化氫鹽水中，滲鋁鋼耐蝕性能提高90倍，耐海水腐蝕性能提高6倍。對(duì)某煉油廠部分設(shè)備抗H2S腐蝕的掛片試驗(yàn)結(jié)果表明，碳鋼Q235滲鋁后有較高的耐蝕性。滲鋁鋼是一種物美價(jià)廉的材料，價(jià)格是碳鋼的2倍，1Cr18Ni9Ti的1/4倍，因此選用滲鋁鋼作為油管材料，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。一般說(shuō)來(lái)，凡是需要利用鋁的抗腐蝕性能。而應(yīng)用又受到其機(jī)械性能限制的場(chǎng)合。均可以考慮采用滲鋁鋼。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家如美、日、德、英等國(guó)，已將熱鍍鋁鋼廣泛應(yīng)用于石油、化工、冶金、機(jī)械、輕工、交通、建筑、電力、通訊、航空、太陽(yáng)能等各個(gè)領(lǐng)域。目前國(guó)內(nèi)的滲鋁鋼管材主要應(yīng)用于石化工業(yè)中。例如,大連化學(xué)工業(yè)公司化肥廠，熱交換器內(nèi)裝38×3.5mm、長(zhǎng)6000mm的無(wú)縫鋼管3115根，全部滲鋁，傳熱面積為2