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摘要：油井腐蚀主要指油管杆、井组集油管线的腐蚀及管杆附件的腐蚀。在油田开发过程中，油井腐蚀一直是制约正常生产的重要因素，每年由于油井腐蚀所造成的经济损失十分巨大。随着开发时间的延长，油井含水上升，开采的原油中含有大量的水、杂质、硫化氢等腐蚀性物质，对井组集油管线腐蚀性较大，造成管线破漏，影响正常原油生产。加之集油管线多处于环境敏感区域，存在严重安全环保隐患。因此，集油管线腐蚀机理研究及防腐措施的实施对我区生产有着十分重要的意义。
关键词：管线腐蚀防腐措施；集油管线；腐蚀
中图分类号：TE988.2 文献标识码：A 文章编号：1003-2177（2018）14-0000-00
1 试采作业区集输现状
目前试采作业区均以Φ89×4.5和Φ60×3.5普通碳钢管线为主密闭输油，管线合计长度51280m。其中服役时间小于5年30580m，占59.63%，5-8年10000m，占2.34%，大于8年9600m，占18.72%。随着开发时间的延长，井组集油管线腐蚀现象日益严重。造成一定的环境污染，严重影响了原油正常生产。
试采作业区腐蚀严重集油管线主要集集中在管线服役多年的地方，目前，井组集油管线服役时间近一般服役在5年以上，管线多处腐蚀，经常发生管线破漏。
2 腐蚀机理分析
2.1化学腐蚀
化学腐蚀指的是金属与环境介质直接发生化学反应，从而造成金属腐蚀破坏。如，暴露在空气之中的铁，其反应方程式为：
4Fe 3O2→2Fe2O3
出现这一反应主要是因为氧获取电子，Fe失去电子变成Fe3 （Fe2O3）。所以，当腐蚀介质与铁相互接触的时候，就会让Fe变成Fe3 ，进而引发腐蚀。
不难看出，在介质之中，金属是否出现了化学腐蚀，主要是观察是否存在氧化还原反应。
2.2电化学腐蚀
电化学腐蚀，也就是存在一个短路原电池在金属表面。因为油田集油管线为碳钢与渗碳体共同支撑，所以，其Fe相对的活泼，当与电解质溶液相互接触的时候，就会有短路的微小原电池存在于表面，进而引起电化学腐蚀，并且还会有局部电流的出现，在Fe3C上进行还原反应，在Fe上进行氧化反应，就会有腐蚀的出现，如图1所示。
一般情况下，电化学腐蚀是由电子流动、阳极与阴极过程组成的，三者不必可少，所以电化学的过程，其具备的条件如下：
第一，基于内在因素分析，金属为了形成阴阳极，就需要通过不同的金属组成，或者是带有一定杂质的金属。
第二，将阴阳两极进行相互的连接，就会有电流的形成。
第三，需要确保两极都致力于连通的电解质溶液之中。
当腐蚀过程中，阳极在受到腐蚀之后，就会存在活泼金属。电解质溶液之中的阳离子一般属于阴极。在阴极上获取的电子，大部分都是水中溶解的氧原子或者是电解质之中的氢离子。如碱性或者是中性介质当中，阴极反应（1-1）；酸性介质之中的反应（1-2）。
02 2H2O 4e→4OH-（1-1）
H e→H，2H一H2↑（1-2）
3 试采作业区集油管线腐蚀
试采作业区集油管线的严重腐蚀具有典型的电化学腐蚀特征：由里及外的含硫原油中的二氧化硫腐蚀及H2S-H2O型腐蚀、耗氧腐蚀、二氧化碳腐蚀及细菌腐蚀因防腐层严重破损而发生的由外及里的微电池腐蚀。下面就这几种不同形态的腐蚀机理做简要分析。如图2宁20-25阀组出水管线、图3宁20-25阀组来水管线腐蚀。
3.1二氧化硫腐蚀
通过对试采作业区油井取样化验，发现该区域原油属于高含硫原油，腐蚀性较大。
随着含硫原油量的不断增加，使得集油管线之中会有含硫物的长时间存在，在其底部的积水之中，钢管会与二氧化硫出现酸的再生循环反应。首先，二氧化硫（S02）、氧气（O2）、铁之间相互反应生成了硫酸亚铁（FeSO?4），然后，硫酸亚铁直接水解成为游离酸和氧化物，出现的游离酸会进一步加快铁的腐蚀，会有新的硫酸亚铁的出现，然后再与硫酸亚铁水解，如此，就会直接腐蚀管线的底部。
3.2 H2S-H2O型腐蚀
在没有液态水的情况下，硫化氢对于管线带来的腐蚀很轻，基本上不存在腐蚀。但是如果遇到水，就会出现水解的情况，其电离式：
H2S→H HS-
HS-→H S2-
对于含硫原油之中的硫化氢，会严重的威胁管线内壁，造成腐蚀，这也是出现内壁腐蚀的主要原因之一，出现腐蚀，其反应方程为：
2Fe 2H2S O2→2FeS 2H2O
4Fe 6H2S 3O2→2Fe2S3 6H2O
H2S 2O2→H2SO4
硫化氢不仅会引起化学腐蚀，同时因为H2SO4的存在，还会引起电化学腐蚀。
3.3耗氧腐蚀
在原油之中会有一定水分的存在，还溶解有氧气。在阴极耗氧反应下进行水中的分子氧腐蚀，其电極反应：
中性溶液：O2 2H 4e-→2OH-
碱性溶液：O2 2H2O 4e →4OH-
酸性溶液：O2 4H 4e-→2H2O
在阴极上开展原油管线水溶液的好氧反应，就可以直接将底部钢管离解成为离子从而进行溶解，这样也会有腐蚀的问题出现。其示意图如下图4所示：
3.4二氧化碳腐蚀
对于钢管腐蚀，二氧化碳反应过程是：
CO2 H2O→H2CO3
水溶液之中的pH值降低，钢管就会存在氢气极化的反应：
Fe H2CO3→FeCO3 H2↑
阳极反应为： Fe→Fe2 2e-
当铁成为离子之后，就会直接溶解到溶液之中，阴极反应之后就会让电子成为氢分子：
H2CO3→2H CO32-
2H 2e-→H2↑
一般来说，二氧化碳（CO2）会引起片状或者是坑点的腐蚀问题。
3.5细菌腐蚀
针对管线带来腐蚀作用的包含了氧化、硫代硫酸盐等细菌。在对腐蚀机理进行分析中，以硫酸盐还原作为分析元素。当存在氢原子的前提下，在新陈代谢的过程中，就会直接将硫酸盐还原成为硫化物。
在经过硫酸盐还原菌代谢后，水溶液之中的氢原子就会不断的倍消耗，而且也会不断的进行钢管内表面电化学的腐蚀阴极反应，如此的操作会进一步提升表面阳极离子化反应，使得腐蚀的过程被进一步的加快。
3.6微电池腐蚀
在施工的过程中，因为划痕、碰撞等问题，就会破坏原油埋地管线的防腐层，使得其金属表面被暴露出现。受到积水、下雨等外界条件的影响，因为土壤之中水分的存在，所以，在管线的外壁就会有薄水膜的存在。裸露的金属铜水溶液之间就会有阳极与阴极的形成，这就是所说的微电池腐蚀。其腐蚀的过程，就是氢氧化亚铁生成的过程，在遇到水溶液溶解之后，就会成为氢氧化铁，更进一步就会产生红色的铁锈。
随着腐蚀的不断扩展，其防腐层就会逐渐的脱落，导致大面积锈蚀的问题出现。这就是主要的腐蚀穿孔原因。
4 防腐措施
4.1管线HCC纤维复合防腐内衬
HCC纤维增强复合防腐内衬是以防腐性能优异的双酚F环氧树脂为基体树脂，有机纤维为增强体，所以其表现出的防腐、力学性能都很优异，在严苛的酸、碱、盐腐蚀环境下可长期使用。如图5、图6所示HCC纤维符合防腐内衬管线。
整体管道的内挤衬工艺即为可以连续的将修复材料用专用机具涂敷于管道内壁，经固化形成新的防腐内衬结构层，进行新管道防腐及旧管道修复，保护管道基体层不受腐蚀，延长管道寿命。管线处理流程如图7所示。
4.2添加缓蚀剂
缓蚀剂分子本身拥有极性集团，利用化学或者是物理吸附，就直接可以存在于金属表面：
第一，金属表面的界面性质以及电荷的实际状态会出现变化，其金属表面能量状态会逐渐变得稳定，一旦出现腐蚀之后，就需要的活化能会逐渐的增大，这样也会让腐蚀的速度降低。
第二，针对被缓蚀剂的非极性集团，会有一层疏水保护膜存在于金属的表面，这样就会增大物质与电荷实际的转移度，同样也可以起到相等的效果。
4.3涂层外防腐
对于管道外腐蚀的防范，涂层是最为有效的措施之一。在管道之上直接涂刷防腐材料，主要是经过固化之后形成油漆膜，然后让其余金属表面相互的粘结，并且将与外界的接触相互的切断，这样就可以对电化学反应或者是化学反应进行阻止，最终满足腐蚀的防范目的。
目前所更换的管线均采取过油漆外防腐，在管线焊接處必须进行防腐漆处理合格后，才能进行埋放管线。
4.4更换管道材质
选用不锈钢、抗腐蚀合金等材料关键指标是碳含量，如果碳本身的含量较低，其本身所拥有的抗塑性变形能力会降低。但是如果碳含量过高，其管材焊接的性能则会降低。基于多种因素的分析考虑，对于材料的选择，其碳含量低于0.15%。在含有CO2的油气井中可以选用含Cr的不锈钢管；在CO2和Cl-两者都存在，就会出现相对严重的腐蚀，可以考虑到选择含Cr、Mn、Ni的不锈钢管。
5 结论及建议
（1）集油管线的腐蚀机理包括化学腐蚀和电化学腐蚀，其中以电化学腐蚀为主，对集油管线危害较大，严重影响生产，存在严重安全环保隐患。
（2）可以采用管线HCC纤维复合防腐内衬、添加缓蚀剂、涂层保护等多方面措施防止管道腐蚀的发生。
（3）根据试采作业区实际生产情况，可以推广使用管线HCC纤维复合防腐内衬，延长管线使用寿命。建议实施集油管线，注水管线应用HCC纤维复合防腐内衬。
作者简介：马震（1978—），男，汉族，甘肃会宁人，本科，采油采气工程师，研究方向：油田开发，石油工程。
关键词：管线腐蚀防腐措施；集油管线；腐蚀
中图分类号：TE988.2 文献标识码：A 文章编号：1003-2177（2018）14-0000-00
1 试采作业区集输现状
目前试采作业区均以Φ89×4.5和Φ60×3.5普通碳钢管线为主密闭输油，管线合计长度51280m。其中服役时间小于5年30580m，占59.63%，5-8年10000m，占2.34%，大于8年9600m，占18.72%。随着开发时间的延长，井组集油管线腐蚀现象日益严重。造成一定的环境污染，严重影响了原油正常生产。
试采作业区腐蚀严重集油管线主要集集中在管线服役多年的地方，目前，井组集油管线服役时间近一般服役在5年以上，管线多处腐蚀，经常发生管线破漏。
2 腐蚀机理分析
2.1化学腐蚀
化学腐蚀指的是金属与环境介质直接发生化学反应，从而造成金属腐蚀破坏。如，暴露在空气之中的铁，其反应方程式为：
4Fe 3O2→2Fe2O3
出现这一反应主要是因为氧获取电子，Fe失去电子变成Fe3 （Fe2O3）。所以，当腐蚀介质与铁相互接触的时候，就会让Fe变成Fe3 ，进而引发腐蚀。
不难看出，在介质之中，金属是否出现了化学腐蚀，主要是观察是否存在氧化还原反应。
2.2电化学腐蚀
电化学腐蚀，也就是存在一个短路原电池在金属表面。因为油田集油管线为碳钢与渗碳体共同支撑，所以，其Fe相对的活泼，当与电解质溶液相互接触的时候，就会有短路的微小原电池存在于表面，进而引起电化学腐蚀，并且还会有局部电流的出现，在Fe3C上进行还原反应，在Fe上进行氧化反应，就会有腐蚀的出现，如图1所示。
一般情况下，电化学腐蚀是由电子流动、阳极与阴极过程组成的，三者不必可少，所以电化学的过程，其具备的条件如下：
第一，基于内在因素分析，金属为了形成阴阳极，就需要通过不同的金属组成，或者是带有一定杂质的金属。
第二，将阴阳两极进行相互的连接，就会有电流的形成。
第三，需要确保两极都致力于连通的电解质溶液之中。
当腐蚀过程中，阳极在受到腐蚀之后，就会存在活泼金属。电解质溶液之中的阳离子一般属于阴极。在阴极上获取的电子，大部分都是水中溶解的氧原子或者是电解质之中的氢离子。如碱性或者是中性介质当中，阴极反应（1-1）；酸性介质之中的反应（1-2）。
02 2H2O 4e→4OH-（1-1）
H e→H，2H一H2↑（1-2）
3 试采作业区集油管线腐蚀
试采作业区集油管线的严重腐蚀具有典型的电化学腐蚀特征：由里及外的含硫原油中的二氧化硫腐蚀及H2S-H2O型腐蚀、耗氧腐蚀、二氧化碳腐蚀及细菌腐蚀因防腐层严重破损而发生的由外及里的微电池腐蚀。下面就这几种不同形态的腐蚀机理做简要分析。如图2宁20-25阀组出水管线、图3宁20-25阀组来水管线腐蚀。
3.1二氧化硫腐蚀
通过对试采作业区油井取样化验，发现该区域原油属于高含硫原油，腐蚀性较大。
随着含硫原油量的不断增加，使得集油管线之中会有含硫物的长时间存在，在其底部的积水之中，钢管会与二氧化硫出现酸的再生循环反应。首先，二氧化硫（S02）、氧气（O2）、铁之间相互反应生成了硫酸亚铁（FeSO?4），然后，硫酸亚铁直接水解成为游离酸和氧化物，出现的游离酸会进一步加快铁的腐蚀，会有新的硫酸亚铁的出现，然后再与硫酸亚铁水解，如此，就会直接腐蚀管线的底部。
3.2 H2S-H2O型腐蚀
在没有液态水的情况下，硫化氢对于管线带来的腐蚀很轻，基本上不存在腐蚀。但是如果遇到水，就会出现水解的情况，其电离式：
H2S→H HS-
HS-→H S2-
对于含硫原油之中的硫化氢，会严重的威胁管线内壁，造成腐蚀，这也是出现内壁腐蚀的主要原因之一，出现腐蚀，其反应方程为：
2Fe 2H2S O2→2FeS 2H2O
4Fe 6H2S 3O2→2Fe2S3 6H2O
H2S 2O2→H2SO4
硫化氢不仅会引起化学腐蚀，同时因为H2SO4的存在，还会引起电化学腐蚀。
3.3耗氧腐蚀
在原油之中会有一定水分的存在，还溶解有氧气。在阴极耗氧反应下进行水中的分子氧腐蚀，其电極反应：
中性溶液：O2 2H 4e-→2OH-
碱性溶液：O2 2H2O 4e →4OH-
酸性溶液：O2 4H 4e-→2H2O
在阴极上开展原油管线水溶液的好氧反应，就可以直接将底部钢管离解成为离子从而进行溶解，这样也会有腐蚀的问题出现。其示意图如下图4所示：
3.4二氧化碳腐蚀
对于钢管腐蚀，二氧化碳反应过程是：
CO2 H2O→H2CO3
水溶液之中的pH值降低，钢管就会存在氢气极化的反应：
Fe H2CO3→FeCO3 H2↑
阳极反应为： Fe→Fe2 2e-
当铁成为离子之后，就会直接溶解到溶液之中，阴极反应之后就会让电子成为氢分子：
H2CO3→2H CO32-
2H 2e-→H2↑
一般来说，二氧化碳（CO2）会引起片状或者是坑点的腐蚀问题。
3.5细菌腐蚀
针对管线带来腐蚀作用的包含了氧化、硫代硫酸盐等细菌。在对腐蚀机理进行分析中，以硫酸盐还原作为分析元素。当存在氢原子的前提下，在新陈代谢的过程中，就会直接将硫酸盐还原成为硫化物。
在经过硫酸盐还原菌代谢后，水溶液之中的氢原子就会不断的倍消耗，而且也会不断的进行钢管内表面电化学的腐蚀阴极反应，如此的操作会进一步提升表面阳极离子化反应，使得腐蚀的过程被进一步的加快。
3.6微电池腐蚀
在施工的过程中，因为划痕、碰撞等问题，就会破坏原油埋地管线的防腐层，使得其金属表面被暴露出现。受到积水、下雨等外界条件的影响，因为土壤之中水分的存在，所以，在管线的外壁就会有薄水膜的存在。裸露的金属铜水溶液之间就会有阳极与阴极的形成，这就是所说的微电池腐蚀。其腐蚀的过程，就是氢氧化亚铁生成的过程，在遇到水溶液溶解之后，就会成为氢氧化铁，更进一步就会产生红色的铁锈。
随着腐蚀的不断扩展，其防腐层就会逐渐的脱落，导致大面积锈蚀的问题出现。这就是主要的腐蚀穿孔原因。
4 防腐措施
4.1管线HCC纤维复合防腐内衬
HCC纤维增强复合防腐内衬是以防腐性能优异的双酚F环氧树脂为基体树脂，有机纤维为增强体，所以其表现出的防腐、力学性能都很优异，在严苛的酸、碱、盐腐蚀环境下可长期使用。如图5、图6所示HCC纤维符合防腐内衬管线。
整体管道的内挤衬工艺即为可以连续的将修复材料用专用机具涂敷于管道内壁，经固化形成新的防腐内衬结构层，进行新管道防腐及旧管道修复，保护管道基体层不受腐蚀，延长管道寿命。管线处理流程如图7所示。
4.2添加缓蚀剂
缓蚀剂分子本身拥有极性集团，利用化学或者是物理吸附，就直接可以存在于金属表面：
第一，金属表面的界面性质以及电荷的实际状态会出现变化，其金属表面能量状态会逐渐变得稳定，一旦出现腐蚀之后，就需要的活化能会逐渐的增大，这样也会让腐蚀的速度降低。
第二，针对被缓蚀剂的非极性集团，会有一层疏水保护膜存在于金属的表面，这样就会增大物质与电荷实际的转移度，同样也可以起到相等的效果。
4.3涂层外防腐
对于管道外腐蚀的防范，涂层是最为有效的措施之一。在管道之上直接涂刷防腐材料，主要是经过固化之后形成油漆膜，然后让其余金属表面相互的粘结，并且将与外界的接触相互的切断，这样就可以对电化学反应或者是化学反应进行阻止，最终满足腐蚀的防范目的。
目前所更换的管线均采取过油漆外防腐，在管线焊接處必须进行防腐漆处理合格后，才能进行埋放管线。
4.4更换管道材质
选用不锈钢、抗腐蚀合金等材料关键指标是碳含量，如果碳本身的含量较低，其本身所拥有的抗塑性变形能力会降低。但是如果碳含量过高，其管材焊接的性能则会降低。基于多种因素的分析考虑，对于材料的选择，其碳含量低于0.15%。在含有CO2的油气井中可以选用含Cr的不锈钢管；在CO2和Cl-两者都存在，就会出现相对严重的腐蚀，可以考虑到选择含Cr、Mn、Ni的不锈钢管。
5 结论及建议
（1）集油管线的腐蚀机理包括化学腐蚀和电化学腐蚀，其中以电化学腐蚀为主，对集油管线危害较大，严重影响生产，存在严重安全环保隐患。
（2）可以采用管线HCC纤维复合防腐内衬、添加缓蚀剂、涂层保护等多方面措施防止管道腐蚀的发生。
（3）根据试采作业区实际生产情况，可以推广使用管线HCC纤维复合防腐内衬，延长管线使用寿命。建议实施集油管线，注水管线应用HCC纤维复合防腐内衬。
作者简介：马震（1978—），男，汉族，甘肃会宁人，本科，采油采气工程师，研究方向：油田开发，石油工程。