原文來源/OGF,原文題目“Oilfield-Corrosion-Failure Analysis: Lessons Learned From Pitting Morphologies”

在分析和預(yù)防與腐蝕相關(guān)的失效中確定腐蝕類型是第一步，目視檢查腐蝕坑形貌可以深入地了解正在發(fā)生的腐蝕類型。本文詳述了如何在凹坑形貌基礎(chǔ)上確定腐蝕機(jī)理。

腐蝕診斷

腐蝕坑的邊和底部形狀常為診斷提供重要的線索。樣品必須要清潔干凈。一種情況是將樣品浸泡到濃鹽酸（HCl）中。由于樣品的原始的形貌會改變，所以不能浸泡太長時(shí)間。然而，處理廢酸是一個(gè)問題，尤其是酸。因此噴砂柜的輕噴砂是一種更好地選擇，當(dāng)其可用時(shí)。有時(shí)也需要對試樣進(jìn)行預(yù)先切割或切片來暴露樣品的特征區(qū)域。通常來說，識別非常小的特征是較困難的，所以試樣必須進(jìn)行充分的處理，從而用肉眼或低倍放大倍率下觀察到其腐蝕特征。

溶解氣體腐蝕

純鹽水無論其濃度如何，但在油田中它對鋼沒有腐蝕性。然而，鹽水中溶解的二氧化碳（CO2）和硫化氫（H2S）對鋼具有腐蝕性。所以鹽水中溶解的二氧化碳和硫化氫越多，鹽水的腐蝕性越強(qiáng)。氯，其他氧化劑或酸的加入也會使鹽水變成腐蝕性物質(zhì)。

氧氣（O2）不會自然存在于油氣產(chǎn)油層中，其來源可能是生產(chǎn)油氣時(shí)引入的空氣。在油田中氣態(tài)氧也不具有腐蝕性除非其溶解于鹽水中。氧腐蝕的作用通常與二氧化碳和硫化氫相結(jié)合。在單獨(dú)情況下，其他的氧化劑，如氯或二氧化氯被添加到油田的水中，與加入氧的結(jié)果一樣。

溶解二氧化碳。如果導(dǎo)致腐蝕坑的只有二氧化碳，那么凹坑是直邊和平底的而且凹坑之間的金屬面幾乎沒有腐蝕。這些腐蝕坑通常是聚集的，并出現(xiàn)于氣體泄漏區(qū)域，例如泵的部件或井中抽油桿接頭上部。這些腐蝕坑坑僅發(fā)生在碳酸鐵表面膜上并且溶解H 2S的量小于10ppm。

某些情況下，由溶解二氧化碳造成的凹坑也具有酸性還原細(xì)菌（ARB）活性造成蝕坑的特征。關(guān)于適合細(xì)菌活性的問題有容器，服役溫度（細(xì)菌不太可能在140°F以上造成腐蝕）和流動(dòng)條件。

溶解硫化氫。溶解H2S有時(shí)與溶解CO2相關(guān)。由于鋼表面上形成的硫化鐵，因此只有少量的硫化氫改變了腐蝕形貌。H2S腐蝕表現(xiàn)為點(diǎn)蝕，形成的凹坑有相對傾斜的邊，較大坑的底部有一個(gè)較小的坑。當(dāng)只有溶解硫化氫造成腐蝕時(shí)，整個(gè)坑的直徑通常是在1/8到3/8之間。產(chǎn)生這種類型的凹坑體系將溶解任意量的CO2以及溶解10ppm或更多的H2S。這些腐蝕坑形成的早期可能與硫酸鹽還原菌（SRB）活性形成的腐蝕坑相混淆，所以其相關(guān)問題應(yīng)包含硫化氫濃度以及細(xì)菌培養(yǎng)瓶結(jié)果。

溶解10至20ppmH2S造成腐蝕坑的體系通常產(chǎn)生先前描述的特征以及溶解二氧化碳形成凹坑的混合體。

如果二氧化碳或硫化氫腐蝕的井沒有獲得足夠的緩蝕劑，那么油井頂部由硫化氫或二氧化碳造成腐蝕坑會更嚴(yán)重些。當(dāng)油井底部引入緩蝕劑，并且在它進(jìn)入井筒時(shí)要消耗掉一部分。一般規(guī)則對于鉆桿式泵井來說，每2000英尺深度每周要使用的最小量緩蝕劑為1Gal，然而對于無桿鉆井如電動(dòng)潛油泵（ESP）來說，每3000英尺深度每周需要的最小量緩蝕劑為1Gal。當(dāng)產(chǎn)量很高時(shí)，需要的緩蝕劑也很多，但是所有情況的需求量都取決于實(shí)際腐蝕檢測。

溶解氧。溶解每1ppm氧的腐蝕性要遠(yuǎn)大于H2S或CO2。油田生產(chǎn)中，氧腐蝕經(jīng)常與二氧化碳或CO2/H2S腐蝕相結(jié)合。

含有溶解硫化氫（20ppm或更多）的氧腐蝕造成的凹坑具有以下特征：

1.    相對平滑的邊，寬度—直徑可達(dá)1英寸

2.    一般由裂縫引起并在其附近擴(kuò)大

3.    通常伴隨著大量的固體腐蝕產(chǎn)物

4.    一定存在一個(gè)氧氣入口，但有時(shí)難以精確

5.    經(jīng)常以較快的速度進(jìn)行腐蝕

6.    如果緩蝕劑不耐氧，則仍可以發(fā)生。

O2/H2S腐蝕的照片，示意圖及描述如下：

圖1.溶解氧+硫化氫+二氧化碳形成的腐蝕坑形貌示意圖

在低硫體系（主要是CO2）中，少量的氧溶解，很少或根本沒有改變由CO2引起的腐蝕形貌；但是它使腐蝕坑快速增大。在中等溫度的低硫體系中，沒有緩蝕的每年千分之一英寸的最大腐蝕速率大約是ppm級溶解二氧化碳腐蝕速率除以25。這個(gè)速率高于CO2加O2溶解的結(jié)果也高于細(xì)菌腐蝕機(jī)制。

氧氣進(jìn)入泵井的常用方法是將空氣吸入環(huán)空。進(jìn)入的氧氣與井底產(chǎn)生的液體相混合，當(dāng)氧氣進(jìn)入井筒時(shí)至少有一部分被消耗掉了。因此，油井底部，泵底部以及較下的油管和抽油桿腐蝕較為嚴(yán)重。

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