Q235钢在油田注水系统中的腐蚀研究.doc

1、摘 要本论文主要研究了Q235钢在油田采出介质中的腐蚀行为。以现场提取的胜利油田采出水为腐蚀介质，对Q235钢的腐蚀行为进行研究，通过改变采出水介质的pH值、Cl-浓度以及实验温度等条件，测量试样的极化曲线，研究各种腐蚀介质对Q235钢的腐蚀作用，得出了它们对Q235钢腐蚀速度的影响规律。溶液pH值对Q235钢在油田采出介质中的腐蚀速度没有显著影响。Q235钢的腐蚀速度随Cl-浓度增大而逐渐增大。初始时，Q235钢在油田采出介质中的腐蚀速度随Cl-浓度增大而增大的很快。当Cl-浓度增大到一定程度后，腐蚀速度随Cl-浓度增大而增大的趋势趋于平缓。在实验温度（30-50）范围内，油田采出介质对Q2

2、35钢的腐蚀速度随温度升高而增大。关键词：油田采出水；腐蚀；极化曲线；Q235钢ABSTRACTThis paper studied the Q235 steel produced in the field of corrosion behavior of media. In order to extract the scene of Shengli Oilfield produced water corrosion on steel Q235 experiments produced water by changing the pH value, Cl- concentration and

3、temperature conditions of the experiment, measuring the polarization curves of specimens to study a variety of corrosive media on Q235 Steel corrosive effect, to draw their steel Q235 effects of corrosion rate. Solution pH value on the corrosion rate of Q235 steel is not affected. Q235 steel corrosi

4、on rate increased gradually with increasing Cl- concentration. Initially, Q235 steel speed in the field of corrosion medium with the Cl- concentration increases rapidly. When Cl- concentration increased to a certain extent, the corrosion rate with the Cl- concentration increases tend to slow the tre

5、nd. In the experimental temperature (30-50) the scope of oilfield recovery medium on the corrosion rate of Q235 steel and increases with increasing temperature.Keywords: oil field produced water; corrosion; polarization curves; Q235 steel目 录第一章 前 言11. 采油废水及回注系统11.1 概述11.2 采油废水对注水系统的不利影响22. 研究意义及目的23

6、. 研究现状34. 实验理论基础44.1 阳极极化44.2 阴极极化54.3 极化曲线5第二章 实验方法与内容71. 胜利油田水质分析72. 腐蚀实验设计72.1 试剂72.2 仪器及设备82.3 实验条件83. 实验方法93.1 参比电极和盐桥的制备93.2 工作电极的准备93.3 实验溶液的配置93.4 实验步骤9第三章 实验结果与分析111. 溶液pH值对金属腐蚀速度的影响112. 溶液氯离子浓度对金属腐蚀速度的影响143. 溶液温度对金属腐蚀速度的影响18第四章 结 论23致 谢24参考文献25前言第一章 前 言1. 采油废水及回注系统1.1 概述油田开发的过程就是能量消耗的过程。油田

7、投入开采后，如果没有相当的驱油能量补充，油层压力随着开采时间的延长逐渐下降。当油层的压力下降到低于油气的饱和压力之后，溶解在原油中的天然气在油层内就会大量的游离出来，油井产量逐渐下降，油气比上升，地下原油性质也发生变化，粘度增加，流动困难，最终导致大量的脱气原油(又称死油)残留在地层中开采不出来，降低油田的最终采收率。为了保持或提高油层压力，延长油井生产期，目前采用的主要方法是向地层中注入流体(如注水、注气等)。以补充已采出的原油在油层中所占的空隙体积，使得油层压力保持稳定或者上升，达到油井高产稳产、提高最终采收率的目的。水压驱动方式是各种驱动方式中采收率最高的一种，因此注水采油技术也就成为油

8、田用来保持油层压力、高产稳产的主要手段，目前国内各大油田大部分都是采用这种方法来提高原油采取率1。随着各大油田进入开采后期，综合含水量不断上升，腐蚀日益加剧，这对原油的集输管线、注水系统设备带来严重的危害，油田用水的腐蚀问题受到了人们的普遍关注。采油废水又称油田含油废水，它是在原油生产工艺中产生的废水，其主要来源有三种：(1)油田采出水；(2)洗盐废水；(3)洗井水。其中油田采出水是主要的废水污染源2。由于各油田采出水水质情况不同，而且同一地区不同区块的水质差别各异，以及原油脱水工艺及处理效率的差异，废水中的主要指标在不同时期的测定结果变化较大。1.2 采油废水对注水系统的不利影响(1)矿化度

9、高，易腐蚀结垢3高矿化度增大了水的导电能力，加剧了水对金属的腐蚀作用，同时成垢离子含量高，结垢趋势增强，易发生结垢堵塞注水井。(2)硫酸盐还原菌含量高，繁殖快硫酸盐还原菌是一种厌氧菌。废水中适宜的生长环境和各种有机物为它提供了极佳的繁殖条件，这些细菌的大量繁殖，使电化学过程中的去极化作用增强，加速了金属的腐蚀。(3)悬浮物、硫化物和油含量高，堵塞腐蚀注水井原油废水在未经废水处理流程之前，水中悬浮物(机杂)、硫化物(硫化氢)和含油量与抽取的地下水相比要高得多。这三项指标都会直接或间接地引起注水井和地下油层的堵塞，硫化物还能增强水的腐蚀性，对生产设备造成危害。2. 研究意义及目的对于油田采出水回注

10、系统来说，如果水质较差将会给注水管材、设备以至油层带来腐蚀、堵塞、结垢三大问题，而这三大问题就是影响油田正常生产的主要危害因素，因此也引起了广泛的关注和重视。影响腐蚀的因素主要有溶解于高矿化度水中的O2或CO2在金属表面易于形成浓差腐蚀电池；腐蚀性气体H2S对金属的直接腐蚀；以及由细菌促成的微生物腐蚀。其中的H2S气体也可由硫酸盐还原菌的生命代谢过程产生。腐蚀产物FeS,Fe2+,Fe3+,悬浮物(机杂)和乳化油等物质的相互作用易造成堵塞。而堵塞和结垢易造成各种管线的局部腐蚀(如坑蚀、垢下腐蚀等)。结合油田大量资料和进一步的调查表明，随着采出水处理系统的运行，各大油田采出水处理设施的腐蚀问题日

11、益严重。除油罐、过滤罐、泵、回注井及回注管线均有不同程度的腐蚀现象发生外，一些站内采出水厂回注系统管线由于腐蚀严重，己多次破漏造成停厂，某些回注井在运行两三年的情况下己因腐蚀问题整体更换后才能恢复注水，另外，目前很多回注井是利用了80年代以前的采油井，改为注水井后，井下套管腐蚀加剧，已引起了回注水的二次污染的争议，带来了新的环保问题；而且每年需要消耗大量的资金用于治理腐蚀造成的损失。总之腐蚀问题已严重的影响了采出水处理和回注系统的正常工作，进而影响整个油田的生产。因此对于油田采出介质腐蚀特性的研究是一件非常有实际意义的事情，它对于管道、容器的选材、集输工艺参数的设计以及防腐蚀方法的选用都具有指

12、导作用。3. 研究现状国内外对油田用钢的防腐蚀技术都十分重视。目前，国内对这方面的研究多集中于各因素对油田腐蚀的影响，针对不同的腐蚀环境也都采用了相应的防腐蚀方法。但是对多种因素混合影响的研究则相对较少，腐蚀机理也尚不清楚，所以至今还没有十分成熟、经济有效的防护方法。国外从上世纪初就已经开始这方面的研究，目前已经研制了耐蚀性能较好的钢材，其他技术也都处于领先地位，有非常丰富的经验和先进的技术值得我们学习借鉴。目前油田的腐蚀控制方法及防腐措施大致有以下几种：(1) 正确的设计与操作技术：生产系统的正确的设计与操作技术能影响腐蚀或起到抑制腐蚀的作用；(2) 采用缓蚀剂和杀菌剂；(3) 应用耐腐蚀材

13、料；(4) 阴极保护：把整个金属表面转化为阴极，把足够的外加电流通向被保护设备，使金属表面无电流流出，抑制腐蚀；(5) 涂层与衬里：该技术是将介质与金属表面隔开，防止金属腐蚀。4. 实验理论基础实验采用极化曲线法进行研究。当电极上有电流通过时，电极电位显著偏离了未通电时的开路电位（平衡电位或非平衡时的稳态电位），这种现象叫做电极的极化5,30。4.1 阳极极化阳极上有电流通过时，其电位向正方向移动，称为阳极极化。产生阳极极化有一下几个原因13,14。4.1.1 活化极化因为阳极过程是金属离子从基体转移到溶液中，并形成水化离子的过程：M+nH2OM2+nH2O+2e如果金属离子进入溶液的反应速度

14、小于电子由阳极通过导线流向阴极的速度，则阳极就会有过多的电荷积累，改变双电层电荷分布及双电层间的电位差，使阳极电位向正向移动。由于反应需要一定的活化能，使阳极溶解反应的速度迟缓于电子移动的速度，由此引起的极化叫活化极化。4.1.2 浓差极化阳极溶解产生的金属离子，首先进入阳极表面附近的液层中，与溶液深处产生浓差。在浓差梯度作用下金属离子向溶液深处扩散，单由于扩散速度不够快，致使阳极附近液层中金属离子的浓度逐渐升高，阻碍阳极的进一步溶解，犹如该电极插入高浓度金属离子的溶液中，因此电位变正，产生阳极极化。4.1.3 电阻极化当金属表面有氧化膜，或在腐蚀过程中形成膜时，金属离子通过这层膜进入溶液，或

15、者阳极反应生成的水化离子通过膜中充满电解液的微孔时，都有很大电阻。阳极电流在此膜中产生很大的电压(IR)，从而使电位显著变正。由此引起的极化叫做电阻极化。可见，阳极极化越大，说明阳极过程受阻滞越严重，这对防止金属腐蚀是有利的。反之，去除阳极极化，会促使腐蚀的进行。这种消除阳极极化的过程，叫做阳极极化。4.2 阴极极化阴极上有电流通过时，电位向负方向移动，这种现象叫阴极极化。阴极极化有一下几各原因。4.2.1 活化极化（或电化学极化）由于阴极还原反应需达到一定的活化能才能进行，使阴极还原反应速度小于电子进入阴极的速度，因而电子在阴极积累，结果使阴极电位向负方向移动，产生了阴极极化。这种阴极极化是由于阴极还原反应本身的迟缓性造成的，故称为活化极化或电化学极化。4.2.2 浓差极化由于阴极附近反应物或反应产物扩散速度缓慢，可引起阴极浓差极化。例如，溶液中的氧或氢离子到达阴极的速度小于阴极反应本身的速度，造成阴极表面附近氧或氢离子的缺乏，结果产生浓差极化，使阴极电位遍负。如果阴极反应产物（如OH-）因扩散慢而积累在阴极表面附近，也会导致阴极浓差极化，使电位变负。阴极极化表示阴极过程受到阻滞，使来自阴极的电子不能及时被吸收，因此阻碍金属腐蚀的进行。反之，消除阴极极化的过程叫做阴极去极化。阴极去极化的作用，可