阴极保护技术在延长油田陕北地区注水钢管线内部防腐蚀作用研究

胡凯

（西安石油大学，陕西 西安 710065）

（陕西延长石油集团管道运输公司第五分公司西安输油末站，陕西 西安 710600）

阴极保护技术在延长油田陕北地区注水钢管线内部防腐蚀作用研究

胡凯

（西安石油大学，陕西 西安 710065）

（陕西延长石油集团管道运输公司第五分公司西安输油末站，陕西 西安 710600）

延长油田股份有限公司截至目前已经钻3500口井，建成油厂23个，注水站309座，注水井2302口，注水管线总长度为400多千米，通过注水充分地补充了地层自身能量，提高了原油产量及采收率，为当地原油的正常生产做出了极大的贡献。根据近几年的研究发现，延长油田陕北地区的水质普遍呈现矿化度高，ph值偏碱性，油田注水管线的腐蚀状况极为严重。针对延长油田陕北地区注水钢管线内部腐蚀的问题，认识腐蚀发生的原因，并有针对性的进行治理，进行了此次研究。

注水刚管线；陕北地区；腐蚀机理；研究

延长油田属于中国第四大石油公司，注水可以充分的补充地层自身能量，提高原油产量及其采收率，为原油的正常生产作出极大的贡献，钢管线内部腐蚀问题严重影响了注水管道系统安全性及其使用寿命的最关键的因素之一。延长油田陕北地区注水管道在投产两年之内发生腐蚀穿孔的情况非常的普遍，继而造成水资源的泄露损失，以及由维修带来的财力、物人力上的损失，同时因腐蚀问题会引起各种的安全隐患。

1 陕北地区水质特点

陕北地区中生代陆相盆地内分布较稳定的孔隙裂隙层间水。该盆地由东向西依次出露三叠系、侏罗系和白垩系，构成一个向西缓倾的自流水斜地。地下水赋存于砂页岩裂隙、孔隙中，具多层含水结构，一般来说，富水性较弱甚至贫水。有开采意义的含水层是延安到南泥湾一带侏罗系中统延安组宝塔山段中粗粒厚层砂岩和榆林、横山、志丹、旬邑以西地区的白垩系下统志丹群洛河组大交错层理的中粗粒砂岩。碎屑岩类孔隙裂隙水水化学特征较复杂，总的说，在排泄基准面以下、150米深度以上的强循环带内，水质良好，为重碳酸型水，矿化度一般小于0.5克／升，局部河谷区出现氯化物硫酸型、矿化度5—30克／升的高矿化水，150米以下的弱循环带水质差。在神木一带侏罗纪煤系地层中还分布有油田型水，硫酸根离子含量很低（2.2毫克当量%），为还原环境，矿化度高达80.38克／升，且含有较高的氟、溴、碘组分。

2 钢管线的特点及防腐蚀的重要意义

自然界当中，大多数金属是以化合状态存在的。通过炼制，被赋予能量，才从离子状态转变成原子状态。然而，回归自然状态是金属固有本性。我们把金属与周围的电解质发生反应、从原子变成离子的过程称为腐蚀。金属材料的腐蚀现象广泛的存在于工业的生产、运输、贮存和使用的过程以及生产和生活等几乎所有领域，尤其是油田生产和石油化工等领域，问题更为突出。钢材料的腐蚀所造成的损失是巨大的，直接损失是造成钢材料的大量损耗，从而造成经济损失。

钢管线内壁与输送介质直接接触，且很多输送介质中包含有很多的腐蚀性杂质，如高矿化度的水，溶解氧，二氧化碳，硫化氢，硫酸盐还原菌和氯离子等，在温度，压力，流速和交变应力等因素的复合作用下，会使管线内壁腐蚀家中。并且，钢管线内壁腐蚀比管外腐蚀的比例远远要高。

3 钢管线腐蚀的内外因

3.1 钢管线的应力腐蚀行为

应力腐蚀开裂是管线钢在应力和腐蚀介质共同作用下产生的一种破坏形式，国内外学者对硫化物的应力腐蚀行为作出了大量的研究。

3.2 溶解氧造成的管道内腐蚀

一些间歇注水井或者注水管线，在注入的水质中溶解有大量的氧，从而使得管线输送介质内部含有大量溶解的活性氧，在这种情况下，管线将产生溶解氧腐蚀或氧浓差腐蚀。一般注入水喝扫线用水的溶解氧含量都比较高，所以进入管线后容易造成管线的加速腐蚀。

3.3 含硫或硫化物环境下管线钢的腐蚀行为

有学者研究认为，当溶液中含硫或者硫化物的量越大时，管线钢容易遭受腐蚀的可能性越大。钢管线在含硫量不同的环境中，具有不同的腐蚀规律。

3.4 二氧化碳对油气管线钢内腐蚀行为的影响

二氧化碳腐蚀是由于管线钢表面腐蚀产物碳酸铁和结垢产物碳酸钙形成的产物膜，与管线钢的材料之间形成了电偶腐蚀，进而形成了环状腐蚀或者点蚀。钢管线二氧化碳腐蚀的影响因素包括二氧化碳的分压、介质的温度、腐蚀介质的流相、酸碱度等。油管内的二氧化碳腐蚀机理比较复杂，在不同流相下表现出不同的腐蚀机理和放映特点。单向流，出现-溶解-物质传递-电化学反应四个过程。

多相流中的多相流扩散过程为控制反应的主要步骤。

3.5 二氧化碳和硫化物共同条件下的腐蚀作用

当前，二氧化碳和硫化物二者单独作用下的内腐蚀与防范技术研究比较多。有大部分的学者认为，硫化氢分压较小时，以二氧化碳的腐蚀为主，腐蚀速率与碳酸铁膜的保护性有关系，与硫化氢基本无关，硫化氢分压较大时，以硫化氢为主，金属表面优先生成硫化铁，阻碍了碳酸铁膜的生成，材料的腐蚀最终由碳酸铁膜和硫化铁膜的温度性来决定。

4 延长油田陕北地区注水钢管线的腐蚀机理

根据相关学者的研究，延长陕北地区管线钢的腐蚀机理可总结为以下几点：

（1）延长油田陕北地区注水管线在钙离子和碳酸氢根例子含量较高的高矿化度水作用下，产生了内腐蚀，饼子额在通过X射线能谱分析可以知道内腐蚀的腐蚀产物主要是碳酸铁和三氧化二铁，腐蚀产物中含有大量的垢样，结垢的主要成分为碳酸钙。这主要是这个地区的水质呈弱碱性。

（2）延长油田陕北地区的注水管线刚腐蚀后形貌诚信啊断面中间有一单层与断面其他部分有差异，形成台阶状。腐蚀产物的电镜扫描结构表明，腐蚀产物结构分布较紧密，表面有部分孔隙，主要是由二氧化碳和盐类综合作用结果。

5 阴极保护技术对注水钢管线的防腐作用

延长油田陕北地区注水管线钢腐蚀工作可以有以下几个方法来治理。可以采用合适的内涂法、控制运行参数法、加入缓蚀剂法（注入方式分为连续式和间歇式）、采用阴极保护技术和做好在线监测和检测的方法。本节将以阴极保护法为主要措施来对延长油田陕北地区注水钢管线的防腐。

外加电源阴极保护模式图

阴极保护技术是一种用于防止金属在电解质(海水、淡水及土壤介质)中腐她的电化学保护技术，该技术是使金属构件作为阴极，对其施加一定的直流电流，使其产生阴极极化，当金属的电位负于某一电位值时，在金属表面的通过阴极极化来消除该金属表面的电化学不均匀性，达到保护金属构件的目的。阴极保护是一种经济而有效的防护措施，其应用已有一百多年历史，使用范围日益广泛。阴极保护对地下管道的防腐起着非常重要的作用。特别是当管道的防腐层或内涂层出现小的缺陷，阴极保护电流可使管道免遭腐烛。阴极保护电流在阻止有防护层缺陷的管道发生腐烛时，所需保护电流的大小与防腐层缺陷的严重程度有关，缺陷越大越严重所需要的保护电流也就越大。当防腐层缺陷很严重时，虽然有阴极保护系统，但破损点局部保护电流极化电位达不到最低保护标准要求时，缺陷处管道还是会发生腐烛。在阴极保护中，判断金属构筑物是否达到完全保护，要借助参比电极测量金属的保护电位。

6 结语

本文提出了适合于延长油田注水管线的内防腐烛措施，即采用合适的内涂层；控制水质的各项指标如pH值、运行温度、流动速度等；采用加入缓烛剂，并注意最佳用量；釆用阴极保护技术、控制好阴极保护的运行参数；做好在线监测技术，监测管线内腐烛的趋势，进而做好提前预防。内腐蚀的重点工作在于防护，所以，应当在之后的工作中加强检测管道、设备的腐蚀情况，换应该对不同环境做变化处理，以便及时的进行防腐。

[1]崔之健,史秀敏,李又绿等.油气储运设施腐蚀与防护[M].北京:石油工业出版社,2009.8.