浅析H2S气体对井下测试工具的腐蚀特性及对策

张珂

摘要：我国境内的不少油气井中都含有同一种气体，即H2S（硫化氢），它在正常情况下是一种无色的气体，但与水融合后便具有一定的腐蚀性，能够对油井中的测试工具产生一定的腐蚀效果。本文便以气体H2S为研究对象，谨慎分析了H2S此种气体在遇水后对测试工具腐蚀的原理，同时还探究了影响H2S腐蚀程度的几种因素，从而依据已知信息提出应对H2S气体对井下测试工具的腐蚀的有效对策。

关键词：H2S气体 测试工具 腐蚀原理 有效对策

从简单的化学层面分析来看，H2S（硫化氢）气体是一种无机化合物，于正常情况下是一种无色气体，浓度较低时常常挟有一种类似臭鸡蛋的气味，浓度高时气味反而消失。此种气体的化学性质不够稳定，具有易燃的特性，与水相溶之后会呈现出一定的腐蚀性，对于人体有着较大的危害，人吸食后严重的话可能会在短时间内直接死亡，可见其危害性较大。这种气体在石油气井中存在较多，一般含量处于0.1%以下，不乏有某些地区气井中的含量较高，此处就不一一举例说明。虽说H2S气体在油气井中广泛存在，但是它对于测试施工却具有一定的阻碍性，常常会严重腐蚀测试工具甚至造成工具断裂，无疑成了测试工作的一大阻碍因素。

1 H2S气体腐蚀井下测试工具的原理分析

H2S气体之所以会对井下测试工具产生腐蚀，其中最为关键的原因就是H2S气体和水溶解后呈现弱酸性，进而具备了腐蚀特性，那么油气井中怎么会含有水分呢？通常情况下，压井液中或多或少都具有一些水分，液化之后形成可以流动的水，为H2S气体提供了溶解环境。据笔者研究发现，H2S气体腐蚀井下测试工具主要有以下两种形式：

1.1 化学腐蚀

测试工具一般都由金属组成，或是合成金属、或是纯种金属，其中难免会存在一些铁离子，这正为H2S 与水融合后的物质提供了化学反应对象，从而产生了如下电化学反应：

xFe+yH2S=FeXSy+yH2

值得注意的是，反应之后生成的FeXSy是一种十分蓬松的物质，使得测试工具的表面凹凸不平，强度有所降低。然而，也正是测试工具这一外在表现，给二氧化碳和氯离子提供了机会，直接加重了电化学腐蚀的速率，最终导致测试工具发生穿孔、断裂等现象。从某种层面上来讲，这个腐蚀过程是渐变且逐步加重的，这也间接表明这种电化学反应所产生的力量并不小。

1.2 应力腐蚀

应力腐蚀又可以称为氢脆，这种腐蚀现象甚至不牵扯H2S气体的水溶，而是气体中的氢以原子的状态向测试工具金属结构内部逐渐滋蔓，虽说没有直接与金属离子发生真正的化学反应，但是在不断地蔓延过程中却也已经改变了测试工具的金属内部构造，无形中降低了金属合成物的韧性，金属变脆以后小小的外力便会导致其断裂。现如今，关于此种腐蚀原理，已经被公认的即为氢压理论，其具有一定的说服性。

2 影响H2S腐蚀程度的几种因素

影响H2S腐蚀程度的因素种类较多，但细致归结以后便可以分为两大类，即材料因素和环境因素，现笔者就针对两大类因素做以叙述：

2.1 材料因素

材料主要指的就是构成测试工具的材料，测试工具中的一些合金元素可能会影响H2S的腐蚀程度。一般来说，制造测试工具一般都会选择“钢”这种优质材料，但钢是一种合成金属，它囊括了多种金属元素，诸如铝、铜、钙、钛、硼等提高“钢”耐腐蚀特性的元素，也有一些诸如硫、锰、氮、磷、镍等加速钢腐蚀的元素。有时碳、铯等金属元素也会加快钢的腐蚀进程，进而造成了测试工具腐蚀严重的问题。

2.2 环境因素

2.2.1 H2S自身浓度

H2S 气体自身的浓度直接关系到测试工具的腐蚀程度。一般来说，其他条件相一致的情况下， H2S的浓度越大，那么对测试工具的腐蚀程度也就越深，氢脆的敏感性也会随之增强，当然如果构造测试工具的金属钢的成分越多，即使H2S的浓度较低，那么也会产生严重的腐蚀情况。由于H2S的质量浓度过大催进了阴极反应的进行，于是H2S在测试工具的金属表层形成了一种硫化物薄膜，薄膜导致测试工具自身的腐蚀电位增强，于是表现出不断增强、不断腐蚀的节奏，最终导致整个测试工具的金属构造部位消失不见。

2.2.2 气井内的温度

温度也是影响H2S腐蚀程度的关键要素之一，不同温度会致使整个腐蚀反应的速率产生变化，所以温度能够影响整个测试工具被腐蚀的速度。H2S和一般化学物质一样，外界温度愈高，它的腐蚀特性表现的就愈加明显，所以适当的加强气井内的温度，便也就加快了测试工具的被腐蚀速率。但是也有一些人认为，温度对H2S的腐蚀速率的影响具有相互性，温度也会随着H2S的腐蚀速率加快而不断提升，也正是这样的相互作用特性使得测试工具在一定范畴内会达到前所未有的腐蚀速率。

2.2.3 外界的pH值

处于不同的酸碱条件下，H2S气体与水溶合后分离出来的硫化氢离子和硫离子的分量也是完全不同的。就整个测试工具的腐蚀过程来说，整个硫化氢溶液中各种有害离子的含量越高，那么腐蚀的速率也将加快，经多组数据的研究发现，外界环境的pH值越低，那么溶液的酸性也就越强，腐蚀的程度也就较深，但这个衡量标准并非完全正确，难免有时会有些偏差，但整体方向是正确的。

2.2.4 H2S流速原由

此处的流速指的是H2S 气体的流速以及其与水溶后的溶液流速，据相关的研究发现，H2S 气体流速或溶液流速如果处于较慢的状态，那么对测试工具的腐蚀程度是比较低的，但如果其流速较大的话，自然对测试工具的腐蚀程度也就越深。究其原因，主要是因为H2S 气体流速或溶液流速较快时，便加快了离子之间的交换速率，金属表层来不及形成抑制腐蚀的保护层，即使形成保护层也十分容易脱落，于是增强了测试工具的腐蚀速率。

3 应对H2S气体对井下测试工具的腐蚀的有效对策

根据以上叙述所得，可以归结出以下几条行之有效应对H2S气体对井下测试工具的腐蚀的对策：

3.1 选择测试工具时，避免选择高强度钢所制造的工具，适当选择硬度较低的低强钢，这对于减缓H2S的腐蚀速率有一定的优势。

3.2 尽量避免使用焊接而成的物件，切实从根本上降低腐蚀速率；如果必须要用的话，那么也应该采取特殊的工艺对焊接处进行必要的处理，尽量调节焊接处的质地，谨防被严重腐蚀。

3.3 合理控制气井下面的温度，如果井下温度太过于高的话，要么就停止测试工作，要么给测试工具表层进行喷漆防护，竭力降低测试工具的腐蚀程度。

3.4 在进行必要的测试时，可以选择在压井液中加入一些减缓腐蚀的试剂，保护井下的压力平衡度，同时尽量杜绝大量的H2S入侵气井内，做好H2S气体的防护工作。

3.5 除了以上四条内容以外，还应格外重视外界环境中的pH值，一旦有大量的H2S气体入侵气井，此时应保持清醒的头脑，针对H2S呈现酸性的特质，采用化学方式除去硫的办法，并在除硫的过程中适当加入一些碱性物质，调和环境中的pH值，竭力降低H2S气体的浓度，直至减缓测试工具的腐蚀进程。

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