油气集输管线内防腐技术的研究进展

油气集输管：在油气开采及集输过程中，由于含有大量H2S、CO2、凝析油和地层水等介质，对油气井套管、钻采设备、井下工具、集输管线等造成了严重的腐蚀，从而造成套管穿孔、钻采设备失灵、管线开裂等事故，甚至危及人们的生命和财产安全。因此，硫化氢、二氧化碳和高矿化度采出水对油气田集输系统的管线及设备产生的腐蚀问题，成为当今研究的热门课题。而各油气田的腐蚀环境不同，甚至同一油田不同井次的管线和设备也各异，腐蚀的主要因素、腐蚀机理、腐蚀形态、腐蚀程度等就变得复杂多样，不可能找到一种对所有油气田都适用的有效防腐措施。因此，针对具体的油气田腐蚀问题，需要根据具体的腐蚀环境开展相对应的防腐研究。
　　
　　集输管线输送的介质通常为气体、水、烃类和固体颗粒等共存的多相流介质，目前大多数油气田注水开发后成为高含水油气田，为提高产量必须提高多相流介质输送量，从而加剧了管道内壁的腐蚀，所以管道内防腐技术是保证管道安全运行和延长管道使用寿命的重要措施。为适应油气管道的快速发展，管道内防腐技术必须引起足够重视。本文综述了管线内壁防腐技术的研究进展，主要介绍了缓蚀剂防腐、涂料防腐、电镀、复合管防腐等技术。
　　
　　1·油气集输管道内腐蚀
　　
　　管道内腐蚀受到管材质量、输送介质以及管道防腐水平的影响，油气集输管道内壁腐蚀主要包括：（1）H2S腐蚀：H2S离解出HS-、S2-吸附在金属表面，形成加速的吸附复合物离子Fe（HS-）。吸附的HS-、S2-使金属的点位移向负值，促进阴极放氢的加速，而氢原子为强去极化剂，易在阴极获得电子，同时使铁原子间金属键的强度大大削弱，进一步促进阳极溶解反应而使钢铁腐蚀；（2）CO2腐蚀：CO2与水接触形成碳酸，碳酸电离出氢离子，电离的氢离子直接还原析出氢，同时金属表面的HCO3-离子浓度极低时，H2O被还原析出氢；（3）多相流腐蚀：按其腐蚀环境可分为清洁环境的腐蚀、冲刷环境的腐蚀、腐蚀性环境的腐蚀，以及冲蚀和腐蚀同时存在的环境腐蚀。按腐蚀发生类型，管道内发生的腐蚀主要有：
　　
　　（1）均匀腐蚀：由于输送介质中含有采出水/水汽，在一定条件下与CO2、H2S等酸性气体结合对管道造成腐蚀；（2）坑蚀：管壁涂层或保护膜不均匀、硫及硫化物的沉淀、腐蚀产物膜出现结晶剥裂等产生坑蚀；（3）硫化物应力腐蚀开裂：硫化氢水解后吸附在钢表面的HS-会加速阴极放氢，从而导致材料韧性下降，脆性增加；（4）冲刷腐蚀：管道表面腐蚀产物直接被输送介质带走，新的金属不断裸露，从而加速了腐蚀。通常包括无碳酸盐覆盖膜情况下的均匀腐蚀、有碳酸盐覆盖膜情况下的均匀腐蚀、流动引起的台面状腐蚀、无膜区局部腐蚀。
　　
　　2·内防腐技术
　　
　　目前，国内外对油气集输管道内腐蚀采取了不同的防腐措施，主要包括：采用特殊材质，如不锈钢、合金、玻璃钢、碳钢+缓蚀剂、防腐涂层、衬塑等技术，辅以相应的腐蚀监测技术和防腐工艺来进行腐蚀控制；缓蚀剂防腐、涂料防腐、电镀、复合管防腐等技术。本文着重介绍在油田应用相对广泛的几种油气集输管道内防腐技术，如缓蚀剂防腐、涂料防腐、电镀、复合管防腐等。
　　
　　2.1缓蚀剂防腐
　　
　　缓蚀剂防腐是将少量的缓蚀剂加入到腐蚀介质中，以抑制金属或合金的腐蚀破坏过程和其机械性能改变过程，从而延长金属的使用寿命。缓蚀剂防腐具有用量极少、不改变环境就能获得优良防腐效果、不增加设备投资、操作简便、见效快、同一配方适用不同环境等优点，在油气工业中应用极为广泛。
　　
　　目前，国内外油气集输管道内防腐用的缓蚀剂的主要缓蚀成分是有机物，如链状有机胺及其衍生物、咪唑啉及其盐、季铵盐类、松香衍生物、磺酸盐、亚胺乙酸衍生物及炔醇类等。Hackerman等人的研究指出：对于相同系列的有机缓蚀剂，根据其分子式中杂原子的不同，缓蚀效率一般遵循如下的变化规律，即：P>Se>S>N>O。为确保缓蚀剂的效果，筛选的缓蚀剂除与地层水和油有良好的相容性外，还应与现场使用的水合物抑制剂、除硫剂、破乳剂等有良好的配伍性。