油氣混輸管道作為油氣開采現(xiàn)場(chǎng)常見的管道輸送方式，具有簡(jiǎn)單高效的特點(diǎn)，但受混相流體的影響，流體介質(zhì)對(duì)管道內(nèi)壁的腐蝕更為嚴(yán)重。探討了混輸管道內(nèi)CO2和H2S對(duì)管道內(nèi)壁的腐蝕機(jī)理，提出了相應(yīng)的腐蝕防護(hù)措施，為油氣管道管理工作提供借鑒。

混輸油氣流體包含組分較多，氣相主要為烴類氣體、CO2、H2S、O2、N2 等，液相主要為地層水、地表注入水、原油，固相主要為地層采出的泥沙。復(fù)雜的多相流介質(zhì)對(duì)油氣管道腐蝕更加嚴(yán)峻，一旦產(chǎn)生管道腐蝕造成的風(fēng)險(xiǎn)事故，將會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境災(zāi)害。CO2、H2S 作為原油中通常含有的兩種氣體，與管道內(nèi)地層水產(chǎn)生一定的化學(xué)反應(yīng)，形成具有強(qiáng)烈腐蝕性的介質(zhì)，因此這兩種氣體成為了引起管道內(nèi)壁腐蝕的重要因素。

1 CO2 腐蝕

一般情況下CO2只有在溶于水后產(chǎn)生一系列的電解反應(yīng)，生成酸性電解質(zhì)引起金屬管道全面腐蝕及局部腐蝕。總酸度的提高，使得金屬管材整體腐蝕更加嚴(yán)重。

01 CO2 腐蝕機(jī)理

單純的CO2不具有腐蝕性，但溶于溶解質(zhì)后對(duì)金屬管道產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，一般產(chǎn)生全面腐蝕及局部腐蝕的情況，根據(jù)電化學(xué)反應(yīng)溫度的差別，分為三種情況：

1）低溫時(shí)金屬管道碳鋼產(chǎn)生酸性反應(yīng)溶解，僅有少量情況FeCO3 腐蝕產(chǎn)物生成。該類情況下一般僅在管道內(nèi)壁發(fā)生全面腐蝕。

2）較高溫度時(shí)在管道內(nèi)壁產(chǎn)生FeCO3 腐蝕產(chǎn)物，并在管道內(nèi)壁形成分布不均勻的產(chǎn)物薄膜。此時(shí)將產(chǎn)生局部腐蝕的情況。

3）在管道內(nèi)流體溫度較高時(shí)，由于高溫促使了電化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)生速率，使得腐蝕產(chǎn)物大量生成，形成的產(chǎn)物薄膜附著在管道內(nèi)壁。

產(chǎn)生的腐蝕反應(yīng)見式（1）：

CO2+H2O+Fe → FeCO3+H2

（1）通過以往的室內(nèi)管道鋼材管片研究表明，CO2 的腐蝕影響一般都是通過局部腐蝕產(chǎn)生。

02 CO2 腐蝕影響因素

經(jīng)研究表明，CO2對(duì)管道內(nèi)壁腐蝕的影響因素主要為以下幾個(gè)方面：

1）CO2 在管道內(nèi)流體介質(zhì)中組分分壓。根據(jù)SY/T0515-1997 標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)CO2分壓大于0.1MPa 時(shí)，管道內(nèi)壁將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕，而分壓小于0.05MPa 時(shí)產(chǎn)生的腐蝕影響幾乎不用考慮，總體而言管道內(nèi)壁腐蝕速率與CO2 分壓有著正相關(guān)性。

2）管道內(nèi)流體介質(zhì)溫度對(duì)腐蝕反應(yīng)速率的影響。同時(shí)受反應(yīng)速率影響的關(guān)系，導(dǎo)致管道內(nèi)壁附著的反應(yīng)物產(chǎn)生的速率也大不相同。研究表明，溫度對(duì)CO2在管道內(nèi)壁腐蝕呈現(xiàn)出兩段式影響，在溫度小于130℃之前時(shí)，溫度與腐蝕影響成正相關(guān)，當(dāng)溫度大于130℃時(shí)，隨著溫度的增加，CO2 對(duì)管道內(nèi)壁腐蝕效果逐漸降

圖1　溫度對(duì)CO2 在管道內(nèi)壁腐蝕速率的影響

3）管道內(nèi)流體流速的影響。當(dāng)流體流速較高時(shí)，將產(chǎn)生沖刷作用，使得已生成的腐蝕反應(yīng)產(chǎn)物薄膜損壞，造成管道內(nèi)壁重新裸露，重復(fù)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕作用，加大了腐蝕作用的影響。

4）Cl-離子濃度的影響。地層水中常常含有大量的氯離子，吸附在腐蝕反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物薄膜表明時(shí)，破壞了產(chǎn)物膜造成開裂，加大了反應(yīng)速率。

03 CO2 腐蝕防護(hù)

采用含鉻鋼具有較好的抗CO2 腐蝕的特性，同時(shí)添加咪唑琳、多胺類等緩蝕劑，在管道內(nèi)壁涂抹環(huán)氧型、改性環(huán)氧型、酚醛環(huán)氧型抗腐蝕涂層。

2 H2S 腐蝕

01 H2S 腐蝕機(jī)理

H2S 作為易溶于水的氣體，溶于管道內(nèi)地層水后產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕和應(yīng)力腐蝕。H2S 在溶液內(nèi)產(chǎn)生的電解反應(yīng)見式（2）：

H2S → HS-+H+HS- → H++S2- 　

（2）電解出的H+ 離子使得碳鋼中Fe 發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，陽極反應(yīng)及反應(yīng)產(chǎn)物見式（3）、（4）。

Fe-2e → Fe2+ 　（3）

Fe2++S2- → FeS 　（4）

應(yīng)力腐蝕又見氫脆作用，反應(yīng)生成的氫原子大量結(jié)合產(chǎn)生氫氣，在管道內(nèi)壁缺陷處富集后產(chǎn)生脆化，使得管道內(nèi)壁產(chǎn)生裂紋。

圖2　硫化氫壁腐蝕機(jī)理

02 H2S 腐蝕影響因素

以往研究表明，反應(yīng)溫度、H2S 分壓、流體pH 值、管道內(nèi)流體流速、管道自殺材質(zhì)等，都會(huì)影響H2S 腐蝕速率。