腐蚀在石油和天然气的产生和缓解外文翻译资料

英语原文共 15 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

腐蚀在石油和天然气的产生和缓解

摘要

为了确保石油和天然气平稳和持续流到到终端用户,必须让该领域的运营商,管道工程师,设计师意识到管线及其组件配件会由于腐蚀而材料退化。本文给出了腐蚀问题的全面审查和在石油和天然气生产的缓解措施。石油和天然气工业机构已经检查出化学腐蚀机理和腐蚀类型和各种形式的腐蚀的影响因素，讨论减轻这种威胁与当前技术的低成本的办法。要注意腐蚀的存在必须让我们有效地选择材料,设计,制造,利用金属结构来达到最佳经济生活设施和石油和天然气业务的安全。同时,石油和天然气的材料需要持续时间更长，抑制剂和防护涂料都比只使用批处理抑制时长。因此，在石油和天然气行业中，应对腐蚀要选择适合的操作和材料来避免在腐蚀上损失数十亿美元。

关键词:石油和天然气;合金;生产;腐蚀;产业;腐蚀代理;材料;抑制剂;测试;缓解

介绍

材料腐蚀的破坏性是环境[1]和自然与石油和天然气生产和运输设施的潜在危害[2]。几乎所有的水环境都会促进腐蚀,在石油和天然气生产,加工,和管道系统中于众多复杂条件下发生腐蚀[3]。这个过程由三个元素组成:阳极,阴极和电解质。腐蚀金属的阳极,电解液的腐蚀介质,使电子从阳极转移到阴极,在腐蚀过程中电子阴极形成电导体[4]。原油和天然气中携带各种固有腐蚀性的高杂质产品。在石油以及天然气井和管道存在媒体二氧化碳(CO2),硫化氢(H2S)和自由水的情况下,会产生高度腐蚀性[5]。连续提取的二氧化碳、硫化氢和自由水通过石油和天然气组件可以随着时间的推移使这些组件的内部表面受到腐蚀的影响。管线的线路和组件配件会有材料退化，不同条件的油井由于流体成分的变化,操作条件的压力和温度的变化造成井在此期间恶化。这种材料退化导致力学性能损失,如强度,韧性,冲击强度,等等。这将导材料的损失,厚度减少,有时会断裂。这点是到达那里的组件可以完全分解和组装需要所取代在停产时。腐蚀过程造成的严重后果已经成为世界性的意义[1]的一个问题。

腐蚀在现代社会是业内的具有挑战性的问题之一。大多数工业设计永远不可能不在考虑腐蚀的影响下设备的寿命。最近许多行业由于腐蚀造成的工业灾难,已经失去了数十亿美元。世界各地的报告证实,一些石油公司的管道由于腐蚀而破裂,石油泄漏,毫无疑问创造了环境污染;此外,在清理这一污染时资源缺失,最后,大规模腐蚀造成生态破坏的影响[6]。工厂发生腐蚀的可能性已经带来很多石油、化工、机械工程师和化学家关注。现在知道的化学腐蚀是一个化学选择的过程,腐蚀会影响反应的产物和反应产物的纯度。

历史记录了腐蚀造成许多灾难性事件。1988年4月28日,一架19年的波音737飞机,飞向夏威夷,在高空24000英尺飞行时，上部附近飞机前部机身由于腐蚀损害失去了主要部分[7,8]。奇迹般地,飞行员设法在夏威夷毛伊岛降落了,但是一个空姐死亡和几个乘客严重受伤。而且,自由女神像经历了严重的电化学腐蚀补救措后于1866年10月28日正式在纽约港自由亮相岛。雕像的设计上升超过91米到空气中。腐蚀损害另一个例子是1992年4月，墨西哥瓜达拉哈拉下水道爆炸,死亡人数超过200人[9]。除了死亡,一系列的爆炸损坏了1600栋建筑,1500人受伤，估计损失为7500万美元[10]。下水道爆炸追溯到几年前的爆炸，水管的安装承包商在汽油泄漏处敷设水管。随着汽油管道的腐蚀,反过来,导致汽油泄漏进入下水道。墨西哥总检察长还指控国有石油公司四个官员过失杀人。还提到了三个代表区域排污系统和城市的市长。因此,应注意腐蚀,必须采取恰当的措施来遏制我们生活中物种频临灭绝的严重问题。

腐蚀破坏造成的各种损失估计是国家工业行业的国民生产总值的3%到5%[11]。腐蚀的年度总成本在石油和天然气行业估计为13.72亿美元,分为地面管线和设施成本的5.89亿美元,井下油管的费用4.63亿美元,另一个3.2亿美元是资本家支出[12]。在石油和天然气行业，每年腐蚀造成了数百亿美元的收入损失和治理费用[3]。美国行业腐蚀损失估计每年1700亿美元，石油和天然气行业损失占一半以上[13]。在井和管道内部腐蚀受到温度,二氧化碳和硫化氢含量、水化学、流速和钢铁的表面状况的影响[14]。有一个大大降低腐蚀速率(毫米/年)可以大大增加组件的年限,从而得到更大的好处,比如减少维护成本。目前,用于石油和天然气开采的许多组件是由碳钢基体合金构成。现在,机构正在寻找去掉这些成本更高耐蚀合金。腐蚀的问题对于整个世界来说是一个挑战,必须解决。

石油和天然气工业腐蚀类型

石油和天然气行业最常见的的腐蚀发生在钢接触水环境和生锈[4]。当金属暴露于腐蚀性溶液(电解质),阳极的金属原子失去电子,这些电子在阴极位置被其他金属原子吸收。阴极,通过电解液与阳极接触,进行这种交换,试图平衡他们阳极和阴极的电荷。带正电荷的离子释放到电解质结合其他组的带负电离子。这钢铁是阳极反应 ： Fe→Fe2 2eminus;.（1）

阳极的金属原子释放电子,有四种常见的阴极反应[15]:

在石油和天然气行业,通常存在二氧化碳(CO2)和硫化氢(H2S)和水腐蚀的催化剂。当水与二氧化碳和硫化氢结合形成[16]以下反应:

如果两个气体存在，可能存在上述两种反应。这些生成的分子附着于阴极或释放到电解液使得腐蚀过程仍在继续。图1是腐蚀过程的图解表示。

对腐蚀的类型进行以相同的方式分类在石油和天然气工业上是一个巨大的挑战。在把腐蚀的基础上把腐蚀损分为腐蚀原理,产业部分,和预防方法。有许多腐蚀的类型和原因。反应机理据据不同流体组成、服务定位、几何、温度,等等存在于一个给定的管道系统中。腐蚀的原因就是发生电解质必须出现的反应。在石油和天然气行业中,腐蚀的主要形式包括(17、18)无硫腐蚀、酸腐蚀、氧腐蚀、电化学腐蚀、缝隙腐蚀,侵蚀腐蚀、微生物腐蚀、应力腐蚀开裂。

无硫腐蚀(CO2腐蚀)

二氧化碳腐蚀多年来已成为在石油和天然气生产和运输设施中公认的问题[19]]。二氧化碳在石油和天然气生产系统中是一种主要腐蚀物质[20]。干燥的二氧化碳气体本身不具备腐蚀性，但在油气生产系统内当溶解在水中，会通过它可以促进钢之间的一种电化学反应[21]。二氧化碳与水混合,形成酸性的碳酸液体。CO2腐蚀是受到温度,pH值,水的成分,非水相，流动状态和金属特性的影响(20、22）,是迄今为止在石油和天然气生产中遇到的最普遍的腐蚀[2]。在更高的温度下,碳化铁形成了石油和天然气管道保护的规模,并在这些条件下金属开始腐蚀。二氧化碳腐蚀有两个主要形式:点蚀(局部腐蚀,导致快速插入和删除的金属小离散区域)[23]和面攻击(一种局部的二氧化碳腐蚀介质)[24]。图2和图3分别表示点腐蚀和面腐蚀。

二氧化碳腐蚀过程的各种原理假设为在水中溶解的二氧化碳形成碳酸或碳酸氢盐离子。Waard等人提出了最著名的原理。[25],并给出

酸腐蚀(H2S腐蚀)

由于接触硫化氢(H2S)和水分被称为酸腐蚀，钻杆是最具破坏性的金属恶化。尽管硫化氢本身没有腐蚀性,溶于水会存在严重的腐蚀[26],导致管道脆化[20]。硫化氢溶解在水中形成弱酸，因此,这是一个氢离子具有腐蚀性的原因。腐蚀产物铁硫化物(FeSx)和氢气。低温硫化亚铁的形式可以作为一个障碍减缓腐蚀[18]。酸腐蚀的形式是统一的,点蚀,逐步裂开。图4是一个石油和天然气管道的酸腐蚀。酸腐蚀的一般方程[27]可以表示如下:

Sun等人提出了铁溶解在水的另一个可能的原理，包含了基于四方硫铁矿薄膜形成的H2S[28],如图5所示。

氧腐蚀

氧气是一种强氧化剂,与金属反应很快。氧气溶解在钻井液是钻杆一种腐蚀的主要原因。氧气通过泵密封泄漏,套管,过程喷口和舱口进入液体。作为去极剂和电子受体在阴极反应,氧气加速阳极金属破坏[29]。钻井液的高速流动使得钻杆表面继续供应氧气破坏金属[30]。氧的存在放大酸性气体(硫化氢和二氧化碳)的腐蚀性影响。在实际的钻井液体系中抑制腐蚀得到氧气是难以实现的。与氧有关腐蚀的形式主要是均匀腐蚀和点腐蚀。图6显示了氧腐蚀的图解

电化学腐蚀

这种类型的腐蚀发生在两个金属材料与不同的阶层(电化学势)接触和暴露于一个电解的环境中。在这样的情况下,金属或最负电位成为阳极,开始腐蚀(20日31日)。阳极失去金属离子平衡电子流动。因为金属是由许多这样的晶体细胞组成的,,导致晶间腐蚀。最严重的问题是比率cathode-to-anode面积大[18]。图7是电化学腐蚀过程的图解，图8是石油和天然气生产设备的一个铝制软管barb铜海过滤器的电化学腐蚀。

缝隙腐蚀

缝隙腐蚀通常是发生在狭窄的间隙或在金属和液体间停滞不前的缺口裂缝的局部腐蚀。这是由于浓度不同的金属表面腐蚀[1]。电化学势的差异导致选择性裂隙或点状腐蚀。氧气溶解在钻井液促进在钻柱的遮蔽区域缝隙和金属的点蚀，这是橡胶管保护器被破坏的常见原因[32]。图9描述了一个石油和天然气管道缝隙腐蚀。

侵蚀腐蚀

侵蚀腐蚀机理通过从管的壁连续产出的腐蚀产物增加腐蚀反应速率。无源层是腐蚀产物的薄膜，实际上用于稳定腐蚀反应。作为该行中的湍流和高剪切应力的结果，该钝化层可以去掉，导致腐蚀速度增加[33]。侵蚀腐蚀总是经历在有高湍流流动状态与显著更高速率腐蚀[34]的和依赖于流体流量和密度并且存在于流体中[20]的固体形态。高速度和磨料悬浮物质的存在，并在钻孔corrodents和生产的流体有助于这种破坏性的过程。腐蚀的这种形式常常被忽视或认为因磨损[35]而引起的。

微生物腐蚀

这种类型的腐蚀是由细菌引起的反应。细菌产生的废品，如CO 2，H 2 S，增加有机酸在管道的流动流体的毒性腐蚀。微生物往往形成一个好客的环境殖民地，并允许殖民地下的强化腐蚀。这些集落的形成是通过中性水的促进尤其是污浊的水[20]。水库中的微生物存在的许多报告已经发表[37-39]。 Lazar等人[38]研究发现油田地层水中有很多微生物，其中包括芽孢杆菌，假单胞菌属，微球菌，杆菌，梭状芽孢杆菌，大肠杆菌和种类丰富的微生物菌群土著。大肠杆菌含有氢化，其利用分子氢，并可能与阴极氢去极化有关联，从而导致在油田里钢套管和管道的腐蚀[40]。形成粘液（某种形式的多糖）细菌，如无色杆菌属，黄杆菌属，脱硫弧菌属，将彼此粘附，形成一个大的质量。他们也堵塞孔壁，在注水井引起严重的堵塞问题[39]。微生物腐蚀（MIC）是由一个黑色的粘糊糊的废料或结节管道表面以及点蚀管壁的沉积物腐蚀。图10和11分别表示脱硫脱硫弧菌的扫描电子显微镜（SEM）照片和受MIC腐蚀。

应力腐蚀开裂

应力腐蚀开裂（SCC）是由一个腐蚀剂和拉伸应力同时作用在金属裂缝产生局部腐蚀的一种形式。它传播在从10-3至10毫米/小时，速度快慢取决于合金所在的环境。 SCC是腐蚀介质引起的拉应力的总影响的开裂。 SCC对材料的影响导致材料[42]的开裂和疲劳阈值下降。 SCC是一种与环境有关的管道开裂。这是由于管道与周围环境相结合造成的各种因素而产生裂痕。在管道中出现SCC的最明显因素是高pH的环境和在外部管道的菌落[43]。图12显示了应力腐蚀开裂袭击后的石油和天然气管道。

石油和天然气行业的腐蚀缓解

油田腐蚀不是静态的现象。流体特征随时间发生变化,从而导致系统变得对既定减缓腐蚀方案不太敏感[3]。在石油和天然气行业的腐蚀控制和预防领域，有技术选择，如阴极和阳极保护，材料选择，化学加药，以及内部和外部涂料等方法。这些是在石油和天然气行业中普遍认为，腐蚀的有效防御将会维护资产完整性，并实现减轻检验成本和监测优化[44]。已经有许多方法来阻止这些事情，这些方法可大致归类如下[20]：

选择适当的材料
使用防护涂料
充足的腐蚀监测和检查

阴极保护技术

发现现有的施工材料很容易受到腐蚀，通常决定改变材料的结构，并选择替代材料，以适应特定的需要[20]。不锈钢涵盖广泛的合金，每一钟都有耐腐蚀性和较好的力学性能性能。在石油和天然气应用中，不锈钢的使用取决于特定工作环境的要求。由Smith[45]提出在石油和天然气工业适用耐腐蚀合金包括13Cr，超级13Cr，复式22Cr，复式25CR，28Cr不锈钢，825镍合金，625镍合金，2550镍合金，和C276镍合金。 Johansson等人提出了一种特殊的不锈钢用于解决在石油和天然气行业中的腐蚀问题。这三个不锈钢是LDX 2101，254 SMO和654 SMO（奥托昆普不锈钢合金公司，Bergsnasgatan 11，774 22阿维斯塔，Sweeden， 46 226 820 01）。于不锈钢的局部腐蚀的阻力，从使用点蚀性当量（PRE）的组合物预计：

化学成分，机械性能，以及在石油和天然气工业中使用的的不锈钢进行了各种试验的结果总结在表1[25]。

滴蒸发试验（DET）和硫化物应力裂纹在Johansson等建议的不锈钢上（SSC）测试[46]。在NACE溶液 720 h的实验结果为表2[46]。

Nalli[20]提出了在烃和石油和天然气工业方面一些基于工艺和操作条件详细研究的常用材料（表3中示

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[150378]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word