油氣輸送管道沉積物下局部腐蝕機(jī)理研究

1、油氣輸送管道沉積物下局部腐蝕機(jī)理研究l油氣開(kāi)發(fā)過(guò)程中，腐蝕是油氣輸送管道失效的最主要形式之一。l在眾多管道腐蝕形式中，以沉積物下腐蝕對(duì)管道的影響最為嚴(yán)重。沉積物下腐蝕包括點(diǎn)蝕，縫隙腐蝕，臺(tái)地狀腐蝕，細(xì)菌腐蝕等。l油氣輸送管道的腐蝕失效嚴(yán)重影響油氣工業(yè)的安全生產(chǎn)，往往造成重大經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡和環(huán)境污染等災(zāi)難性事故，是油氣工業(yè)一直以來(lái)所面臨的重大難題。因此，搞清沉積物下腐蝕機(jī)理，進(jìn)而建立可靠的防護(hù)措施是油氣工業(yè)腐蝕科學(xué)工作者長(zhǎng)期以來(lái)的挑戰(zhàn)，這對(duì)油氣工業(yè)的安全生產(chǎn)不僅具有重要的理論意義和學(xué)術(shù)價(jià)值，而且具有重大的工程價(jià)值。選題的目的和意義沉積物的來(lái)源與組成沉積物來(lái)源：油氣、油砂輸送管道內(nèi)傳輸?shù)母g性

2、介質(zhì)中往往含有大量的固體顆粒，這些固體顆粒來(lái)源于開(kāi)采過(guò)程中伴隨砂粒的產(chǎn)出、腐蝕產(chǎn)物,水垢的脫落和細(xì)菌沉積物等。沉積物的組成：無(wú)機(jī)鹽垢：如CaCO3、CaSO4、BaSO4等腐蝕產(chǎn)物：FeO(OH)、Fe2O3和FeCO3等細(xì)菌的沉積物：腐生菌(TGB)（好養(yǎng)）和硫酸鹽還原菌(SRB）（厭氧）的代謝產(chǎn)物等國(guó)內(nèi)外研究概況德雷烏斯等人利用兩套三電極體系統(tǒng)（一套有沉積物覆蓋，一套無(wú)沉積物覆蓋）研究了沉積物下緩蝕劑的緩蝕性能，發(fā)現(xiàn)抑制沉積物下的腐蝕需要更高的緩蝕劑濃度。但沒(méi)有考慮沉積物覆蓋和無(wú)沉積物覆電極之間的電偶腐蝕效應(yīng)。國(guó)內(nèi)外研究概況佩德森等人研究了沉積物覆蓋和無(wú)沉積物覆電極之間的電偶腐蝕效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)

3、沉積物覆蓋的電極作為陽(yáng)極發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，而無(wú)沉積物覆蓋的電極作陰極而受到一定程度的保護(hù)。優(yōu)點(diǎn)：反映沉積物覆蓋和無(wú)沉積物覆電極之間的電偶腐蝕效應(yīng)。缺點(diǎn)：不能有效反映沉積物下局部環(huán)境變化而導(dǎo)致沉積物下電極表面局部腐蝕行為差異，從而無(wú)法從根本上揭示沉積物下局部腐蝕萌生和發(fā)展的機(jī)制。國(guó)內(nèi)外研究概況也有一些研究者應(yīng)用人工點(diǎn)蝕電極（artificial pit electrode）研究沉積物覆蓋下的點(diǎn)蝕電極與無(wú)沉積物覆蓋的大電極之間的電偶腐蝕電流。此方法與佩德森的方法存在同樣的不足，即不能反映沉積物下局部的腐蝕電化學(xué)行為差異以及離子的擴(kuò)散過(guò)程，也不能提供沉積物下局部腐蝕的空間信息。國(guó)內(nèi)外研究概況國(guó)內(nèi)一些科學(xué)

4、家曾利用利用自行研制的雙速流動(dòng)實(shí)驗(yàn)裝置和電偶腐蝕速度測(cè)量?jī)x研究沉積物下腐蝕。最近則有一些科學(xué)家利用一種能模擬沉積物下腐蝕自催化過(guò)程的閉塞電池研究垢下腐蝕行為。研究目標(biāo)測(cè)試技術(shù)：陣列電極和電化學(xué)測(cè)試技術(shù)。研究對(duì)象：油氣、油砂輸送管道（碳鋼、不銹鋼）。研究目標(biāo)：探明沉積物下腐蝕介質(zhì)環(huán)境的變化規(guī)律，搞清沉積物下不同位置處電極以及無(wú)沉積物覆蓋電極的腐蝕電化學(xué)行為、鈍化行為、腐蝕產(chǎn)物膜以及鈍化膜結(jié)構(gòu)特征的內(nèi)在差異，揭示沉積物下局部腐蝕和鈍化膜破壞機(jī)理，同時(shí)揭示緩蝕劑對(duì)沉積物下腐蝕的緩蝕效果和緩蝕機(jī)制。研究目的：為建立沉積物下腐蝕的防護(hù)措施提供基本理論依據(jù)。研究?jī)?nèi)容1.1. 油氣、油砂輸送管道中沉積物下腐

5、蝕介質(zhì)環(huán)境演化油氣、油砂輸送管道中沉積物下腐蝕介質(zhì)環(huán)境演化 研究油氣、油砂輸送管道中沉積物下腐蝕介質(zhì)環(huán)境（pH值、Cl-濃度、氧濃度等）與本體腐蝕介質(zhì)環(huán)境的差異性，確定不同條件中沉積物下腐蝕介質(zhì)環(huán)境的演化規(guī)律。2.2. 油氣、油砂輸送管道中沉積物下的腐蝕機(jī)理研究油氣、油砂輸送管道中沉積物下的腐蝕機(jī)理研究 在沉積物下布置碳鋼陣列電極，研究陣列電極之間以及陣列電極與無(wú)沉積物覆蓋電極之間的腐蝕電化學(xué)行為以及腐蝕產(chǎn)物膜結(jié)構(gòu)特征的差異。 研究沉積物下陣列電極之間以及陣列電極與無(wú)沉積物覆蓋電極之間的電偶效應(yīng)。 在沉積物下布置不銹鋼陣列電極，研究不同位置處陣列電極以及無(wú)沉積物覆蓋電極的鈍化行為，確定電極表面

6、鈍化膜的微觀結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體特性（半導(dǎo)體類型、載流子濃度）的差異性，從而揭示沉積物下鈍化膜的保護(hù)性及其破壞機(jī)制。研究?jī)?nèi)容3.3. 緩蝕劑對(duì)油氣、油砂輸送管中道沉積物下腐蝕的緩蝕作用緩蝕劑對(duì)油氣、油砂輸送管中道沉積物下腐蝕的緩蝕作用效果和機(jī)制效果和機(jī)制 在沉積物下布置碳鋼陣列電極，在腐蝕介質(zhì)中添加緩蝕劑，研究陣列電極之間以及陣列電極與無(wú)沉積物覆蓋電極之間的腐蝕電化學(xué)行為以及腐蝕產(chǎn)物膜結(jié)構(gòu)特征的差異，建立沉積物下腐蝕速率、腐蝕電流、電位區(qū)域分布圖。探明緩蝕劑對(duì)沉積物下和無(wú)沉積物覆蓋電極的緩蝕作用效果的差異性，揭示緩蝕劑在沉積物下腐蝕的緩蝕機(jī)制。研究方法1. 應(yīng)用pH、Cl-和氧電極測(cè)試不同沉積物下（砂

7、粒、腐蝕產(chǎn)物、垢）腐蝕介質(zhì)中的pH值、Cl-濃度和氧濃度與本體腐蝕介質(zhì)中的差異性，揭示不同條件下沉積物下腐蝕介質(zhì)環(huán)境的演化規(guī)律。2. 在沉積物下布置碳鋼陣列電極，利用電化學(xué)測(cè)試方法（包括線性極化法、極化曲線、電化學(xué)阻抗譜等）研究沉積物下不同位置處以及無(wú)沉積物覆蓋電極的腐蝕電化學(xué)行為的內(nèi)在差異，確定電極腐蝕過(guò)程中陽(yáng)極、陰極反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程，建立沉積物下腐蝕電流、電位區(qū)域分布圖。3. 利用SEM、EDS分析沉積物下陣列電極以及無(wú)沉積物覆蓋電極在不同條件下腐蝕試驗(yàn)后腐蝕產(chǎn)物膜的微觀形貌及化學(xué)成分；利用XRD、XPS分析腐蝕產(chǎn)物的物相組成，確定腐蝕產(chǎn)物膜微觀結(jié)構(gòu)特征的差異性，揭示在沉積物下腐蝕產(chǎn)物膜的

8、生長(zhǎng)機(jī)制以及其保護(hù)性。研究方法4. 應(yīng)用零電阻計(jì)（ZRA）和電化學(xué)噪聲測(cè)試不同位置處陣列電極之間以及陣列電極與無(wú)沉積物覆蓋電極之間的電偶電流、耦合電位和電化學(xué)噪聲特征，建立電偶電流、耦合電位區(qū)域分布圖，揭示沉積物下局部腐蝕機(jī)理。5. 在沉積物下布置不銹鋼陣列電極，利用電化學(xué)方法（極化曲線、電化學(xué)阻抗譜、Mott-schottky 測(cè)試）研究沉積物下陣列電極以及無(wú)沉積物覆蓋電極的鈍化行為，確定鈍化膜的半導(dǎo)體類型、載流子濃度。結(jié)合氬離子轟擊剝層，利用XPS分析鈍化膜元素含量和價(jià)態(tài)的深度分布，確定鈍化膜的微觀結(jié)構(gòu)組成，探明沉積物下不同位置處電極以及無(wú)沉積物覆蓋電極鈍化膜對(duì)基體保護(hù)性的差異性，揭示沉積

9、物下電極表面鈍化膜的破壞機(jī)制。研究方法6. 在沉積物下布置碳鋼陣列電極，在腐蝕介質(zhì)中添加不同濃度的緩蝕劑，利用電化學(xué)測(cè)試方法（包括線性極化法、極化曲線、電化學(xué)阻抗譜等）研究沉積物下陣列電極以及無(wú)沉積物覆蓋電極的腐蝕行為，建立沉積物下腐蝕速率、腐蝕電流、電位區(qū)域分布圖。確定緩蝕劑對(duì)沉積物下和無(wú)沉積物覆蓋電極的緩蝕作用效果的差異性，揭示緩蝕劑在沉積物下腐蝕的緩蝕機(jī)制。目前試驗(yàn)進(jìn)展CST520陣列絲束電極電位電流掃描儀參考文獻(xiàn)1 J.A.M. de Reus, E.L.J.A. Hendriksen, M.E. Wilms, Test methodologies and field verifica

10、tion of corrosion inhibitors to address under deposit corrosion in oil and gas production systems, NACE Corrosion/2005, paper no. 288.2 張學(xué)元，邸超，陳卓元，王鳳平，杜元龍,LN209油井管沉積物下方腐蝕行為，腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)/1999：1-5.3 J. P. Smith, I. H. Gilbert, R. W. Kidder and Syamsudin, Inhibition of CO2 corrosion in multiphase flow and

11、 solids production. A case history, NACE Corrosion/2001, paper no. 029. 4 D. I. Horsup, J. C. Clark, Bernard, P. Binks, I put it in, but where does it go?- the fate of corrosion inhibitors in multiphase systems, NACE Corrosion/2007, paper No. 617.5 A. Pedersen, K. Bilkova, E. Gulbrandsen, J. Kvarekvl, CO2 corrosion inhibitor performance in the presence of solids: test method development, NACE Corrosion/2008, paper No. 6326 W. H. Durnie