Q235钢在油田注水系统中的腐蚀研究

摘 要 本论文主要研究了 Q235 钢在油田采出介质中的腐蚀行为。以现场提 取的胜利油田采出水为腐蚀介质，对 Q235 钢的腐蚀行为进行研究，通过 改变采出水介质的 pH 值、Cl -浓度以及实验温度等条件，测量试样的极化 曲线，研究各种腐蚀介质对 Q235 钢的腐蚀作用，得出了它们对 Q235 钢腐 蚀速度的影响规律。溶液 pH 值对 Q235 钢在油田采出介质中的腐蚀速度没 有显著影响。Q235 钢的腐蚀速度随 Cl-浓度增大而逐渐增大。初始时， Q235 钢在油田采出介质中的腐蚀速度随 Cl-浓度增大而增大的很快。当 Cl- 浓度增大到一定程度后，腐蚀速度随 Cl-浓度增大而增大的趋势趋于平缓。 在实验温度（30-50）范围内，油田采出介质对 Q235 钢的腐蚀速度随温 度升高而增大。 关键词：油田采出水；腐蚀；极化曲线；Q235 钢 ABSTRACT This paper studied the Q235 steel produced in the field of corrosion behavior of media. In order to extract the scene of Shengli Oilfield produced water corrosion on steel Q235 experiments produced water by changing the pH value, Cl- concentration and temperature conditions of the experiment, measuring the polarization curves of specimens to study a variety of corrosive media on Q235 Steel corrosive effect, to draw their steel Q235 effects of corrosion rate. Solution pH value on the corrosion rate of Q235 steel is not affected. Q235 steel corrosion rate increased gradually with increasing Cl- concentration. Initially, Q235 steel speed in the field of corrosion medium with the Cl- concentration increases rapidly. When Cl- concentration increased to a certain extent, the corrosion rate with the Cl- concentration increases tend to slow the trend. In the experimental temperature (30-50) the scope of oilfield recovery medium on the corrosion rate of Q235 steel and increases with increasing temperature. Keywords: oil field produced water; corrosion; polarization curves; Q235 steel 目 录 第一章 前 言 1 1. 采油废水及回注系统 .1 1.1 概述 .1 1.2 采油废水对注水系统的不利影响 2 2. 研究意义及目的 2 3. 研究现状 .3 4. 实验理论基础 .4 4.1 阳极极化 .4 4.2 阴极极化 .5 4.3 极化曲线 .5 第二章 实验方法与内容 7 1. 胜利油田水质分析 7 2. 腐蚀实验设计 .7 2.1 试剂 .7 2.2 仪器及设备 8 2.3 实验条件 .8 3. 实验方法 .9 3.1 参比电极和盐桥的制备 .9 3.2 工作电极的准备 .9 3.3 实验溶液的配置 .9 3.4 实验步骤 .9 第三章 实验结果与分析 11 1. 溶液 PH 值对金属腐蚀速度的影响 11 2. 溶液氯离子浓度对金属腐蚀速度的影响 .14 3. 溶液温度对金属腐蚀速度的影响 .18 第四章 结 论 23 致 谢 24 参考文献 25 前言 0 第一章 前 言 1. 采油废水及回注系统 1.1 概述 油田开发的过程就是能量消耗的过程。油田投入开采后，如果没有相 当的驱油能量补充，油层压力随着开采时间的延长逐渐下降。当油层的压 力下降到低于油气的饱和压力之后，溶解在原油中的天然气在油层内就会 大量的游离出来，油井产量逐渐下降，油气比上升，地下原油性质也发生 变化，粘度增加，流动困难，最终导致大量的脱气原油(又称死油)残留在 地层中开采不出来，降低油田的最终采收率。为了保持或提高油层压力， 延长油井生产期，目前采用的主要方法是向地层中注入流体(如注水、注气 等)。以补充已采出的原油在油层中所占的空隙体积，使得油层压力保持稳 定或者上升，达到油井高产稳产、提高最终采收率的目的。 水压驱动方式是各种驱动方式中采收率最高的一种，因此注水采油技 术也就成为油田用来保持油层压力、高产稳产的主要手段，目前国内各大 油田大部分都是采用这种方法来提高原油采取率 1。 随着各大油田进入开采后期，综合含水量不断上升，腐蚀日益加剧， 这对原油的集输管线、注水系统设备带来严重的危害，油田用水的腐蚀问 题受到了人们的普遍关注。 采油废水又称油田含油废水，它是在原油生产工艺中产生的废水，其 主要来源有三种： (1)油田采出水；(2) 洗盐废水； (3)洗井水。 其中油田采出水是主要的废水污染源 2。由于各油田采出水水质情况 不同，而且同一地区不同区块的水质差别各异，以及原油脱水工艺及处理 效率的差异，废水中的主要指标在不同时期的测定结果变化较大。 前言 1 1.2 采油废水对注水系统的不利影响 (1)矿化度高，易腐蚀结垢 3 高矿化度增大了水的导电能力，加剧了水对金属的腐蚀作用，同时成 垢离子含量高，结垢趋势增强，易发生结垢堵塞注水井。 (2)硫酸盐还原菌含量高，繁殖快 硫酸盐还原菌是一种厌氧菌。废水中适宜的生长环境和各种有机物为 它提供了极佳的繁殖条件，这些细菌的大量繁殖，使电化学过程中的去极 化作用增强，加速了金属的腐蚀。 (3)悬浮物、硫化物和油含量高，堵塞腐蚀注水井 原油废水在未经废水处理流程之前，水中悬浮物(机杂)、硫化物(硫化 氢)和含油量与抽取的地下水相比要高得多。这三项指标都会直接或间接地 引起注水井和地下油层的堵塞，硫化物还能增强水的腐蚀性，对生产设备 造成危害。 2. 研究意义及目的 对于油田采出水回注系统来说，如果水质较差将会给注水管材、设备 以至油层带来腐蚀、堵塞、结垢三大问题，而这三大问题就是影响油田正 常生产的主要危害因素，因此也引起了广泛的关注和重视。 影响腐蚀的因素主要有溶解于高矿化度水中的 O2 或 CO2 在金属表面 易于形成浓差腐蚀电池；腐蚀性气体 H2S 对金属的直接腐蚀；以及由细菌 促成的微生物腐蚀。其中的 H2S 气体也可由硫酸盐还原菌的生命代谢过程 产生。腐蚀产物 FeS,Fe2+,Fe3+,悬浮物(机杂)和乳化油等物质的相互作用易 造成堵塞。而堵塞和结垢易造成各种管线的局部腐蚀(如坑蚀、垢下腐蚀等)。 结合油田大量资料和进一步的调查表明，随着采出水处理系统的运行， 各大油田采出水处理设施的腐蚀问题日益严重。除油罐、过滤罐、泵、回 前言 2 注井及回注管线均有不同程度的腐蚀现象发生外，一些站内采出水厂回注 系统管线由于腐蚀严重，己多次破漏造成停厂，某些回注井在运行两三年 的情况下己因腐蚀问题整体更换后才能恢复注水，另外，目前很多回注井 是利用了 80 年代以前的采油井，改为注水井后，井下套管腐蚀加剧，已引 起了回注水的二次污染的争议，带来了新的环保问题；而且每年需要消耗 大量的资金用于治理腐蚀造成的损失。 总之腐蚀问题已严重的影响了采出水处理和回注系统的正常工作，进 而影响整个油田的生产。因此对于油田采出介质腐蚀特性的研究是一件非 常有实际意义的事情，它对于管道、容器的选材、集输工艺参数的设计以 及防腐蚀方法的选用都具有指导作用。 3. 研究现状 国内外对油田用钢的防腐蚀技术都十分重视。目前，国内对这方面的 研究多集中于各因素对油田腐蚀的影响，针对不同的腐蚀环境也都采用了 相应的防腐蚀方法。但是对多种因素混合影响的研究则相对较少，腐蚀机 理也尚不清楚，所以至今还没有十分成熟、经济有效的防护方法。国外从 上世纪初就已经开始这方面的研究，目前已经研制了耐蚀性能较好的钢材， 其他技术也都处于领先地位，有非常丰富的经验和先进的技术值得我们学 习借鉴。 目前油田的腐蚀控制方法及防腐措施大致有以下几种： (1) 正确的设计与操作技术：生产系统的正确的设计与操作技术能影 响腐蚀或起到抑制腐蚀的作用； (2) 采用缓蚀剂和杀菌剂； (3) 应用耐腐蚀材料； (4) 阴极保护：把整个金属表面转化为阴极，把足够的外加电流通向 被保护设备，使金属表面无电流流出，抑制腐蚀； 前言 3 (5) 涂层与衬里：该技术是将介质与金属表面隔开，防止金属腐蚀。 4. 实验理论基础 实验采用极化曲线法进行研究。 当电极上有电流通过时，电极电位显著偏离了未通电时的开路电位 （平衡电位或非平衡时的稳态电位） ，这种现象叫做电极的极化 5,30。 4.1 阳极极化 阳极上有电流通过时，其电位向正方向移动，称为阳极极化。产生阳 极极化有一下几个原因 13,14。 4.1.1 活化极化 因为阳极过程是金属离子从基体转移到溶液中，并形成水化离子的过 程： M+nH2OM 2+nH2O+2e 如果金属离子进入溶液的反应速度小于电子由阳极通过导线流向阴极的速 度，则阳极就会有过多的电荷积累，改变双电层电荷分布及双电层间的电 位差，使阳极电位向正向移动。由于反应需要一定的活化能，使阳极溶解 反应的速度迟缓于电子移动的速度，由此引起的极化叫活化极化。 4.1.2 浓差极化 阳极溶解产生的金属离子，首先进入阳极表面附近的液层中，与溶液 深处产生浓差。在浓差梯度作用下金属离子向溶液深处扩散，单由于扩散 速度不够快，致使阳极附近液层中金属离子的浓度逐渐升高，阻碍阳极的 进一步溶解，犹如该电极插入高浓度金属离子的溶液中，因此电位变正， 产生阳极极化。 4.1.3 电阻极化 当金属表面有氧化膜，或在腐蚀过程中形成膜时，金属离子通过这层 膜进入溶液，或者阳极反应生成的水化离子通过膜中充满电解液的微孔时， 前言 4 都有很大电阻。阳极电流在此膜中产生很大的电压(IR)，从而使电位显著 变正。由此引起的极化叫做电阻极化。 可见，阳极极化越大，说明阳极过程受阻滞越严重，这对防止金属腐 蚀是有利的。反之，去除阳极极化，会促使腐蚀的进行。这种消除阳极极 化的过程，叫做阳极极化。 4.2 阴极极化 阴极上有电流通过时，电位向负方向移动，这种现象叫阴极极化。阴 极极化有一下几各原因。 4.2.1 活化极化（或电化学极化） 由于阴极还原反应需达到一定的活化能才能进行，使阴极还原反应速 度小于电子进入阴极的速度，因而电子在阴极积累，结果使阴极电位向负 方向移动，产生了阴极极化。这种阴极极化是由于阴极还原反应本身的迟 缓性造成的，故称为活化极化或电化学极化。 4.2.2 浓差极化 由于阴极附近反应物或反应产物扩散速度缓慢，可引起阴极浓差极化。 例如，溶液中的氧或氢离子到达阴极的速度小于阴极反应本身的速度，造 成阴极表面附近氧或氢离子的缺乏，结果产生浓差极化，使阴极电位遍负。 如果阴极反应产物（如 OH-）因扩散慢而积累在阴极表面附近，也会导致 阴极浓差极化，使电位变负。 阴极极化表示阴极过程受到阻滞，使来自阴极的电子不能及时被吸收， 因此阻碍金属腐蚀的进行。反之，消除阴极极化的过程叫做阴极去极化。 阴极去极化的作用，可使阳极过程顺利进行，因此可维持或加速腐蚀过程。 4.3 极化曲线 极化程度的大小，通常用极化曲线来判断。极化曲线是表示电极电位 前言 5 与通过的电流密度之间的关系曲线。通常纵坐标为电极电位、过电位或极 化值，横坐标为电流密度或电流强度，也有很多时候，横坐标采用电流密 度的对数值。曲线的倾斜程度表示极化程度，叫做极化度。曲线越陡，极 化度就越大，表示电极过程受阻滞程度越大，一般金属在活化状态下，阳 极极化程度不大，这时阳极极化曲线较平坦。如果金属发生钝化，则阳极 极化曲线很陡，极化度很大 5,6。 在研究金属腐蚀的反应过程中，人们常用外加电流方法来测定金属的 阳、阴极极化曲线 7,8,32。 在测定极化曲线时，如果不考虑浓差极化和电阻的影响，通常在极化 电位偏离腐蚀电位约 50mv 以上，即外加电流较大时，在极化曲线上会有 一段直线，该直线服从塔菲尔方程式： E=a+blogi 将实测的阴、阳极极化曲线的直线部分外延到交点，此交点所对应的点既 是金属的腐蚀电流 icorr。由此，可通过实测得的阴极或阳极极化曲线，将塔 菲尔直线外延以预测腐蚀电流 icorr，腐蚀电位 Ecorr 7,31 。腐蚀电流可表征 腐蚀速度大小。 实验方法与内容 6 第二章 实验方法与内容 含有大量杂质的油田采出水对设备及管线的腐蚀是极其严重的，这是 由其自身的特点所决定的。据报道，绝大多数油田设备内腐蚀都是采出水 而引起的。在油田采出水系统中，采出水对联合站内沉降罐、污水处理设 施和注水系统中的回注管线、回注井均有不同程度的腐蚀破坏 5,6,30。Q235 钢是国内各大油田设备、管线都普遍使用的钢材。本实验研究胜利油田采 出水腐蚀介质对 Q235 钢的腐蚀情况。 1. 胜利油田水质分析 表 2.1 胜利油田采出水腐蚀介质分析结果 /单位： mg/L 离子 种类 K + Na+ Ca2+ Mg2+ Cl- SO42- HCO3- F- 总矿 化度 pH 值 含量 211 16137.5 1898.7 372 26500 35.9 346.82 11.6 46209 7.9 从表中可看出，胜利油田介质环境中的腐蚀离子主要是氯离子，且矿 化度很高。 油田采出水的腐蚀性通常用矿化度 4,29来描述，按造成腐蚀的程度， 一般把采出水分为三个等级，即矿化度小于 12000mg/L 的称为轻腐蚀采出 水：矿化度在 12000mg/L-20000mg/L 之间的称为中腐蚀采出水；矿化度大 于 20000mg/L 的称为重腐蚀采出水 4,28由上表中采出水的矿化度可见，胜 利油田的采出水属于重腐蚀采出水。 2. 腐蚀实验设计 将实验所用 Q235 钢制作成工作电极，分别测量不同实验条件下的极 化曲线。 2.1 试剂 a.油田采出水； b.氢氧化钠(NaOH)，分析纯； 实验方法与内容 7 c.盐酸(HCl)，分析纯； d.无水乙醇 (CH3CH2OH)，分析纯； e.琼脂； f.氯化钾(KCl)，分析纯； g.氯化钠(NaCl)，分析纯； h.去离子水。 2.2 仪器及设备 a.PS-268A 型化学测量仪； b.CP225D 型电子半微量分析天平； c.pHS-3C 型精密 pH 计； d.pH 复合电极； e.甘汞参比电极； f.铂辅助电极； g.恒温水浴锅； h.砂纸； i.烧杯； j.五角瓶； k.镊子； l.电阻炉。 图 2-1 PS-268A 型化学测量仪 2.3 实验条件 a.腐蚀介质为现场取回的胜利油田采出水腐蚀液； b.使用恒温水浴锅加热来改变实验温度，分别采用 30、40、50进行 实验； c.通过添加盐酸和氢氧化钠来改变实验介质的 pH 值，分别采用 实验方法与内容 8 6.0、7.9、9.3； d.通过添加氯化物（本实验选用氯化钠）来改变实验介质的氯离子浓度， 分别在现场提取的油田采出水中添加 2000mg/L、4000 mg/L、6000 mg/L 氯 离子。 3. 实验方法 3.1 参比电极和盐桥的制备 (1)将 50g 去离子水盛于小烧杯中，90水浴加热。将分析纯 KCl 试剂 加入到去离子水中，并使其饱和。将 3g 琼脂慢慢加入小烧杯中，并搅拌均 匀。 (2)将琼脂+ 饱和 KCl 溶液倒入盐桥玻璃管中，并使其流入玻璃管尖端， 盐桥内的琼脂+ 饱和 KCl 溶液中不能有气泡。 (3)待盐桥内的琼脂+ 饱和 KCl 溶液冷却到室温，在盐桥内加入饱和 KCl 溶液 16,27。 3.2 工作电极的准备 依次用 380#、800#、1000#、1500#砂纸打磨电极表面至光亮，用酒精 擦拭打磨过的电极表面。 3.3 实验溶液的配置 在现场提取的油田采出水中按实验条件加适量盐酸或氢氧化钠，使采 出水的 pH 值达到实验条件要求；用天平称量适量的氯化钠加入采出水中， 改变采出水的氯离子浓度使其达到实验条件的要求。 3.4 实验步骤 (1)将大约 500ml 实验溶液注入五角瓶内，如需加热则将五角瓶放入恒 温水浴锅内加热。将工作电极（试样） 、参比电极、辅助电极插入五角瓶内 并固定。 (2)将工作电极、参比电极、辅助电极的试验面全部浸入试验溶液中， 实验方法与内容 9 工作电极应倾斜 30左右角度，参比电极的鲁金毛细管尖端距工作电极试 验面中心 1-2mm。 (3) 工作电极接电化学测试仪电极电缆的双线，参比电极接蓝线，辅 助电极接红线。 (4)打开计算机，激活应用程序“电化学测试系统” ，选择“极化曲线 试验” ，设置相关的试验参数，进行试验。 实验结果与分析 10 第三章 实验结果与分析 Q235 钢是国内各大油田的主要用钢，其服役环境复杂，腐蚀严重。本 章主要讨论胜利油田采出水对 Q235 钢腐蚀速度的影响因素，从 pH 值、氯 离子含量和温度三方面进行讨论。通过比较各因素对金属极化曲线、腐蚀 速度的影响，讨论各因素中占主导地位的影响因素，以及各因素的作用形 式和腐蚀机理。 1. 溶液 pH 值对金属腐蚀速度的影响 图 3-1 50氯离子浓度 26500mg/L 的极化曲线 实验结果与分析 11 图 3-2 50氯离子浓度 28500mg/L 的极化曲线 图 3-3 50氯离子浓度 30500mg/L 的极化曲线 实验结果与分析 12 图 3-4 50氯离子浓度 32500mg/L 的极化曲线 图 3-1 到图 3-4 是实验溶液在 50时不同氯离子浓度的条件下，改变 溶液 pH 值所测得的极化曲线。对比以上四图，研究溶液 pH 值对钢在油田 采出水介质中的腐蚀速度的影响。 前文已经介绍了腐蚀电流的求法，由图可看出，各图中 pH 值不同的 极化曲线对应的腐蚀速度（可用腐蚀电流表示腐蚀速度）相差不大，这说 明，在接近中性条件的溶液中，pH 值对腐蚀速度稍有影响 17,18,22。由此可 得到结论，在胜利油田采出水介质中，溶液 pH 值对钢在油田采出水介质 中的腐蚀速度稍有影响，但不是主要的影响因素。 实验结果与分析 13 图 3-5 50时 pH 值与腐蚀电流密度关系 将图 3-1 到图 3-4 中的极化曲线所得到的腐蚀电流密度做于图 3-5 中进 行比较，可更直观的看出上述结论，即溶液 pH 值对钢在油田采出水介质 中的腐蚀速度稍有影响，但不是主要的影响因素。同时可看出 pH 值小的 条件下钢在油田采出水介质中的腐蚀速度相对较大，腐蚀速度稍大于其他 条件。 从图 3-5 还可看出，不同氯离子浓度实验条件得到的腐蚀速度不同， 这说明氯离子浓度对腐蚀速度有一定影响。下面讨论氯离子浓度对钢在油 田采出水介质中的腐蚀速度的影响。 2. 溶液氯离子浓度对金属腐蚀速度的影响 0.0019 0.0029 0.0039 0.0049 0.0059 0.0069 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 9 9.5 10 pH值 腐 蚀 电 流 密 度 mA/cm2 Cl-26500mg/L Cl-28500mg/L Cl-30500mg/L Cl-32500mg/L 实验结果与分析 14 图 3-6 30时 pH 值为 6.0 极化曲线 图 3-7 40时 pH 值为 6.0 极化曲线 Cl- 实验结果与分析 15 图 3-8 50时 pH 值为 6.0 极化曲线 图 3-6 到图 3-8 是在温度分别为 30、40 、50 ，pH 值均为 6.0 的 情况下得到的 Q235 钢在不同氯离子浓度的溶液中的极化曲线。研究的是 采出液的氯离子浓度对腐蚀速度的影响。 以上三个图中可看出一个共同的规律，即随着氯离子浓度的增大，钢 在油田采出水介质中的腐蚀速度相应增大。将图 3-6 到图 3-8 中各极化曲 线所对应的腐蚀电流密度作为纵坐标，以氯离子浓度为横坐标做出图 3-9。 实验结果与分析 16 图 3-9 pH 为 6.0 时氯离子浓度与腐蚀电流密度关系 可以看出，随着氯离子浓度的增大，钢在油田采出水介质中的腐蚀速 度也相应的增大。初始时，钢在油田采出水介质中的腐蚀速度随氯离子浓 度的增大而增大的很快。当氯离子浓度达到一定程度后，腐蚀速度随氯离 子浓度的增大而增大的趋势趋于平缓。这是由于钢受氯离子腐蚀后生成的 腐蚀产物虽然大部分溶解于采出水，但还是有少部分吸附在腐蚀基体表面 形成了一层保护膜，阻碍了采出水中的氯离子向新的腐蚀基体表面扩散。 同时，由于采出水体系溶解大量腐蚀产物后的粘度有所上升，使得氯离子 的扩散受阻。因此，进一步增大氯离子浓度对钢的腐蚀速度影响相对较小 8,9,26。 氯离子对 Q235 钢的腐蚀机理在于，氯离子在钢表面富集，使其表面 处于活化状态，Fe 失去电子形成 Fe2+。为维持钢表面的电中性，氯离子与 Fe2+结合形成了 FeCl2，从而腐蚀钢。在溶解氧的作用下，Fe 2+被氧化成为 Fe3+，氯离子还能与 Fe3+结合生成 FeCl3。氯离子腐蚀钢的电化学反应方程 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008 25000 26000 27000 28000 29000 30000 31000 32000 33000 Cl-浓 度 mg/L 腐 蚀 电 流 密 度 mA/cm2 30 40 50 实验结果与分析 17 式如下： Fe-2eFe 2+ Fe2+-eFe 3+ 2Cl-+Fe2+FeCl 2 3Cl-+Fe3+FeCl 3 同时，氯离子的存在使采出水的电导率增强，从电化学腐蚀的角度分析， 这将减小采出水的极化阻抗，从而使腐蚀加剧。此外，生成的 FeCl2 是可 溶性盐类，附着在钢的表面的腐蚀产物膜很少，因此，氯离子能透过腐蚀 产物膜对膜下基体进一步腐蚀，严重时甚至造成腐蚀穿孔等现象。 也有观点认为，氯离子本身并不具有腐蚀性，只是由于水中或多或少 含有一定量的腐蚀性介质（蒸馏水中也含有一定量的腐蚀性介质） ，氯离子 的加入，极大的增强了水的电导率，从而使水中含有的腐蚀性介质对钢的 腐蚀作用急剧增强，起到了腐蚀的催化作用。而氯离子自身与钢的阳极反 应产物 Fe2+结合形成盐，外在表现为氯离子对钢的腐蚀 10,11,12。 由图 3-9 还可看出，不同温度条件下得到的腐蚀速度不同，这说明温 度对腐蚀速度也有一定影响。下面讨论温度对钢在油田采出水介质中的腐 蚀速度的影响。 3. 溶液温度对金属腐蚀速度的影响 实验结果与分析 18 图 3-10 pH 值为 6.0 氯离子浓度为 30500mg/L 的极化曲线 图 3-11 pH 值为 7.9 氯离子浓度为 30500mg/L 的极化曲线 实验结果与分析 19 图 3-12 pH 值为 9.3 氯离子浓度为 30500mg/L 的极化曲线 图 3-10 到图 3-12 是在氯离子浓度一定、pH 值不同的情况下得到的 Q235 钢在不同温度的溶液中的极化曲线。讨论的是温度与钢在油田采出水 介质中的腐蚀速度的关系。由于氯离子浓度对采出水的腐蚀性影响较大， 所以选择氯离子浓度相同的条件进行比较。现选择 pH 值不同、氯离子浓 度一定的情况进行讨论。 从以上三个图中可以看出共同的规律，即在实验温度（30-50）范围 内，随着温度的不断升高，钢在油田采出水介质中的腐蚀速度也随之增大。 实验结果与分析 20 图 3-13 氯离子浓度为 30500mg/L 时温度与腐蚀电流密度关系 将图 3-10 到图 3-12 中各极化曲线所对应的腐蚀电流密度作为纵坐标， 以温度为横坐标做出图 3-13。由图 3-13 可看出在本实验温度（30-50） 范围内，随着实验温度的不断升高，钢在油田采出水介质中的腐蚀速度也 随之增大。 这是由于温度较低时，金属腐蚀速度由氧到达金属表面的速度控制， 温度低时溶解氧的扩散速度慢，腐蚀速度小；随着温度的升高，溶解氧的 扩散速度加快，电导率增大，电化学反应加快，所以腐蚀速度增大。另外， 随着温度的升高，氯离子对腐蚀速度的影响逐渐增强。随着温度的升高， 试样表面的液体蒸发，盐浓度不断增大，致使腐蚀加剧，腐蚀速度增大 19,21,33。 观察图 3-10 可发现，三条极化曲线的阴极极化曲线形状有所不同。 30时，阴极电位变化较大，阴极极化曲线变化较陡，而 40、50时， 阴极电位变化较小，阴极极化曲线较平缓。这是由于温度低时溶液中的氧 0.002 0.0025 0.003 0.0035 0.004 0.0045 0.005 25 30 35 40 45 50 55 温 度 腐 蚀 电 流 密 度 mA/cm2 pH6.0 pH7.9 pH9.3 实验结果与分析 21 含量较大，阴极极化反应为吸氧反应： 中性或碱性条件下，氧分子还原反应： O2+2H2O+4e-4OH - 酸性溶液中，氧分子还原反应： O2+4H+4e-2H 2O 反应速度主要受溶液中氧含量和氧的扩散速度控制，所以阴极电位变化较 大，阴极极化曲线变化较陡；而当温度升高时，溶液中的氧含量减少，阴 极反应主要受氯离子浓度影响，氧的控制作用不再占主导地位，所以阴极 电位变化不大，阴极极化曲线较平缓 20,24,25。 结论 22 第四章 结 论 通过以上研究，本文得到以下结论： 1. 在溶液的酸碱度接近中性的情况下，溶液 pH 值对钢在油田采出水 介质中的腐蚀速度稍有影响，但不是主要的影响因素。 2. 溶液中氯离子浓度对腐蚀速度影响很大，钢在油田采出水介质中的 腐蚀速度随着氯离子浓度的增大而增大。但是，当氯离子浓度增大到一定 程度时，钢在油田采出水介质中的腐蚀速度的增大趋势趋于平缓。这是由 于钢受氯离子腐蚀后生成的腐蚀产物虽然大部分溶解于采出水，但还是有 少部分吸附在腐蚀基体表面形成了一层保护膜，阻碍了采出水中的氯离子 向新的腐蚀基体表面扩散。同时，由于采出水体系溶解大量腐蚀产物后的 粘度有所上升，使得氯离子的扩散受阻。因此，进一步增大氯离子浓度对 钢的腐蚀速度影响相对较小。 3. 在实验温度范围内（30-50） ，随着温度升高，钢在油田采出水 介质中的腐蚀速度逐渐增大。这是由于钢的腐蚀速度受溶液中的氧扩散速 度影响，温度升高，氧扩散速度加快，致使钢的腐蚀速度增大，另外，随 着温度升高，氯离子对腐蚀速度的影响增强，导致钢在油田采出介质中的 腐蚀速度增大。 4. 由于实验条件和时间的限制，未能进一步考察多种腐蚀介质共同作 用时，油田采出水对钢的腐蚀作用以及腐蚀机理。 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文） 23 致 谢 本论文是在导师匙玉华老师的精心指导下完成的，从论文选题、文献 查阅、相关内容的学习、实验工作的开展到论文的写作完成，每个阶段匙 老师都进行了细致入微的指导。在此，衷心感谢匙玉华老师在毕业设计期 间对我的精心指导与谆谆教诲。我从匙老师身上学到的不仅仅是求学的精 神、治学的风格，更是为人处事的行为准则。 衷心感谢石鑫和胡建春两位师兄，他们结合自己的科研经历，指导我 如何在学习和实验中发现问题，解决问题。本论文的实验部分是在石鑫师 兄的精心指导下完成的。石鑫师兄在实验仪器的使用、样品测量方案设计、 数据分析处理等方面给予我深入的指导，让我受益匪浅。感谢同组的梁敏 同学在学习上、生活上都对我提供了很大的帮助，尤其是实验过程中与她 的讨论让我深受启发。 同时感谢贾晓林、马星、胡明、单海涛、张瑜和杜斌同学。感谢他们 在共同学习中给予我的帮助。在与他们一起学习期间，我深受启发，受益 良多。 特别感谢胡松青老师和韩治德老师在实验中给予的大力无私的帮助。 感谢材料物理实验室各位老师和同学的帮助。 最后，感谢我的父亲、母亲这么多年来给我的无私奉献和默默关怀。 是他们真诚的关怀和帮助使我顺利完成了学业。在这里表达我深深的感谢。 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文） 24 参考文献 1 马岭油田注水水质研究. 长庆石油勘探局研究院, 1992. 2 李国鼎, 石油石化工业废水治理. 北京: 环境科学出版社, 1990 3 张风奎, 马岭油田油层普查及挖潜研究. 油田开发动态, 1992(10). 4 付亚荣, 高含硫油田注水开发采出液对管道的腐蚀及其抑制. 石油 工程建设, 1998, 11(3): 31-33. 5 刘秀晨, 金属腐蚀学. 北京: 国防工业出版社, 2002. 6 张宝宏, 金属电化学腐蚀与防护. 北京: 化学工业出版社, 2005. 7 朱日彰, 金属腐蚀学. 北京: 冶金工业出版社, 1989. 8 美国腐蚀工程师协会编 . 腐蚀与防护技术基础 . 北京: 冶金工业出 版社,1987. 9 GB10123-88. 金属材料均匀腐蚀全浸实验方法. 北京: 冶金工业出 版社, 1989. 10 黄廷林, 赵建伟, 吴宗福, 等. 油田采出水系统腐蚀试验研究. 西 安建筑科技大学学报(自然科学版), 2004, 36(3): 270-274. 11 刘晶姝, 李强, 龙媛媛 . 胜利油田强腐蚀区块管线腐蚀影响因素研 究J. 腐蚀与防护, 2006, 27(6): 299-302 . 12 刘伟, 黄宪华, 赵家宏, 等. 油井的腐蚀原因与防护措施. 腐蚀科 学与防护技术, 2006, 18(6): 448-450. 13 张中祥, 孙冬柏, 俞宏英, 等. 16Mn 钢在模拟油田采出介质中的腐 蚀行为研究. 材料保护, 2008, 41(1): 13-14. 14 郭雏弧 , 朱超, 楚喜丽 , 等. Q235 钢在油田注水系统中的腐蚀及其 影响因素的研究. 腐蚀与防护, 1999, 20(4): 151-153. 15 熊颖, 陈大钧, 王君,等. 模拟油气田采出水的腐蚀性实验研究 . 钻 采工艺, 2008, 31(4): 118-121. 中国石油大学（华东）本科毕业设计（论文） 25 16 廖柯熹, 张淮鑫, 冯刚, 等. 油田地面注水管道室内模拟实验分析. 内蒙古石油化工, 2006, 20(9): 89-91. 17 朱元良, 郭兴蓬. 中性介质中碳钢腐蚀沉积膜下局部腐蚀行为. 中 国腐蚀与防护学报, 2008, 28(5): 271-275. 18 雍兴跃, 林玉珍. 流动腐蚀研究的新进展. 腐蚀科学与防护技术, 2002, 14(1): 32-34. 19 李桂芝, 孙冬柏, 俞宏英. 采油管材 N80 钢在流动介质中的腐蚀 行为研究. 腐蚀与防护, 2001, 22(12): 544-545. 20 油气田腐蚀与防护技术手册编委会编. 油气田腐蚀与防护技术 手册( 上册 ). 北京: 石油工业出版社 , 1999. 21 SY/T5273-2000. 油田采出水用缓蚀剂性能评价方法. 22 GB10123-88. 金属材料均匀腐蚀全浸实验方法.