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                          油田注水管道的腐蝕現狀及防腐措施

                          發布者: 發布時間:2015/8/30 14:52:12 閱讀:次 【字體:

                          油田注水管道的腐蝕現狀及防腐措施

                          于良民,趙海洲,劉璐

                          ( 中國海洋大學青島市海洋精細化工重點實驗室, 266003)

                          摘要:綜合論述了油田注水管道的腐蝕現狀、腐蝕因素和常用的防腐措施,并著重介紹以環氧樹脂為基料的防腐涂層的種類及其在油田注水管道中的防腐性能、應用效果。

                          關鍵詞。油田注水;管道;腐蝕;防腐;環氧樹脂

                          1 前言

                          注水采油技術是國內各大油田提高原油采收率的主要方法,隨著油田開采時間的增長,注水水質的不斷惡化,硫酸鹽氧化還原菌的不斷增多,油田井下管柱和輸油管線的腐蝕及結垢問題,一直是困擾油氣開采和輸送的'頑癥',所造成的嚴重損失令人觸目驚心。據2003 年 9 月對我國第二大油 田— —勝利油田的調查發現, 11 個采油廠 8 000 余口注水井、總長度 1 583 萬 m 的統計,平均腐蝕速度達 1 . 5mm / a ,平均穿孔率達 2 . 4 次/ (km · a) 。在部分嚴重損失區塊,管線換新周期不足 3a ,最短的僅 (3 ~ 4) 個月,所報廢的注水管柱中有 90 %以上是因腐蝕、結垢而造成,整個勝利油田由于腐蝕引起的管柱、管 線材料費直接經濟損失就達 3 億元,并由于更換管柱、管線影響作業和生產,導致間接經濟損失達 10 億元左右。而全國各大油田的管線和管柱到 2001 年 年底,總計高達 10億余米,這方面的損失更分別高達 100 億元和 1 000 億元之多。因此,研究注水系統 的腐蝕規律及防腐蝕措施刻不容緩,具有重要的意義。

                          2 油田注水管道腐蝕的影響因素

                          油田注水管道的腐蝕也符合金屬腐蝕的一般規律,主要影響因素有:

                          (1)pH 值。一般情況下,當 pH 值在 4 ~ 10 時, 腐蝕過程主要受氧擴散過程控制,腐蝕速率不受 PH 值影響。在PH 值不大于 4 的酸性范圍內,碳 鋼表面的氧化物覆蓋膜將完全溶解,致使鋼鐵表面和酸性介質直接接觸。因此,提高注水 PH值,可以解決酸蝕問題,但不一定能解決其它腐蝕類型。從理論上講,注水的最佳 pH 值應為 7 。當 pH 值在 10 ~ 13的堿性范圍內時,隨碳鋼表面的 pH 值升高, Fe2 O3 覆蓋膜逐漸轉化為具有鈍化性能的 r— Fe2 O3保護膜,腐蝕速率會有所下降。但是當 pH 值過高時,腐蝕速率又會上升,其原因是碳鋼表面的鈍 化膜溶解成可溶性的鐵酸鈉 (NaFeO2 ) 。

                          (2) 溶解氧。氧腐蝕是油田注水系統的主要腐 蝕形式之一。溶液中含有極低濃度的氧 ( 低于 1 mg / L) 就可造成極為嚴重的腐蝕,如果同時有 H 2 S 或 CO 2氣體存在,腐蝕速度會急劇升高。 O 2在水中的溶解度取決于溫度、壓力和水中Cl -的含量。 O 2的腐蝕一般為局部腐蝕,其局部腐蝕速率為其平均腐蝕 速率的 (2 ~ 4) 倍。

                          (3) 二氧化碳。 CO 2可以溶解在水中,生成碳酸, 引起電化學腐蝕。特別是在深處地層水中含有大量的CO2,對油管等井下設備具有較大的腐蝕性。鋼材 二氧化碳腐蝕的產物都是易溶的,不易形成保護膜, 因此隨 CO2濃度的增加,腐蝕速度增加非?。二氧 化碳的溶解度是溫度、壓力以及水的組成的函數。

                          (4) 硫化氫。 H 2s 溶于水呈酸性,增加水的腐蝕 性; H2 S 具有很強的還原性,可以被水中的溶解氧氧化為硫而沉積析出。隨 H2 s 濃度的增加,腐蝕速度增大;達到一定濃度時,腐蝕速度達到最大值;然后隨濃度的增加而減小,最后趨于恒定。水中的溶解鹽類和溶解的二氧化碳對硫化氫的腐蝕也有一定的影響。

                          (5) 溶解鹽。油田水中常見的 Ca2+、 Cl- 對腐蝕速率的影響實驗表明, A3 鋼的腐蝕速率隨Cl-濃度的增加呈先升后降的拋物線形式,這是電導率和溶解氧共同作用的結果。即隨 Cl- 濃度增加,介 質電導率增加,腐蝕速率隨之增加;當Cl -濃度增 加至 5 000mg / L 時,溶解氧含量減少,因此腐蝕速度有所下降。Cl-對腐蝕的影響,主要是通過它不均勻地吸附在金屬局部某些點上,從而使得吸附部位的金屬表面得到活化。 Cl-具有很強的穿透力,能夠透過保護膜層,加速腐蝕的進行。

                          (6) 細菌。大量研究結果表明,細菌經常是造成

                          油田注水系統腐蝕的重要因素。細菌的生長繁殖,會導致腐蝕速率明顯上升。據報道,美國發生的腐蝕有 70 %是由硫酸鹽還原菌 (SRB) 所造成。除硫酸鹽還原菌外,在油氣開采過程中造成腐蝕的菌種還有腐生菌 (TGB)和鐵細菌。

                          (7) 溫度。實驗研究表明,在敞口體系中,溫 度在到達 80℃前,腐蝕速率隨溫度升高而增加,然后又逐漸降低;而在封閉系統中,腐蝕速率隨溫度升高而不斷增加。油田注水管所處的溫度范圍從 地表的溫度 (低至幾度 ) 至澡層的高達 1 50 ℃ ,因 此溫度是影響腐蝕的重要因素

                          3 涂層保護在油田注水管道防腐中的應用

                          目前國內油田注水管道系統主要采取的防腐 措施主要有:化學防腐 ( 使用緩蝕劑、殺菌劑、除氧劑、陰極保護、鍍層保護、氮化防護及采用玻璃鋼管材 ) 。其中將陰極保護和內涂層保護結合使用則是一種經濟合理的防腐措施,現在已被各大油田廣泛應用;鋼鐵鍍層保護就是利用電鍍、噴鍍、熱鍍、滲鍍等技術,將耐腐蝕的金屬鍍敷到鋼鐵表面形成的,鍍層有陽極性和陰極性兩種。

                          而對金屬設施采取涂層防腐措施是最直接、最經濟的方法,防腐涂料的選擇是涂層防護的關鍵。試驗和實踐證明,環氧型及環氧聚氨酯型防腐涂料的 耐油、耐溫、耐油田污水性能較好,使用壽命可在10a 以上。此外,鈦納米防腐涂料的應用前景也十分廣 闊。

                          3 、 1 重防腐蝕環氧粉末涂料

                          環氧粉末涂料是由環氧樹脂、固化劑、顏料、 添加劑組成的熱固型粉末涂料。除具有環氧樹脂涂料的優良防腐性能外,還具有一次涂層厚、無溶 劑揮發、無針孔等優點。為了滿足更高的防腐蝕要 求,各地開始研發重防腐蝕環氧粉末涂料。華中科技大學的郝勝勇等以雙酚 A 型環氧樹脂為主要成膜材料,加入多種助劑,制成的不溶、不熔三維網狀結構重防腐蝕涂料,具有附著力強、涂層柔韌性好、硬度高、防腐蝕性能優良等特點,在中原油田注水管道的應用中表現出較強的耐應力腐蝕性能及耐油田高溫污水腐蝕性能 。

                          3 . 2 環氧玻璃鱗片重防腐涂料

                          環氧玻璃鱗片重防腐蝕涂料是以環氧樹脂為主要成膜物質,以薄片狀的玻璃鱗片為骨料,配以 各種添加劑組成的厚漿型涂料。玻璃鱗片很薄,能在涂層中重疊、平鋪、定向排列,形成獨特的屏蔽結 構,因此具有優良的耐磨性,硬化時收縮率小,熱膨 脹系數小,耐溫度驟變性好。勝利油田部分污水管 線和高溫油罐內壁采用了這種防腐涂層,收到了較 好的防護效果。 3 . 3 H87 環氧耐溫涂料H 8 7 環氧耐溫涂料是針對油田高溫污水腐蝕 專¨研制的,是一種新型的含 SAT 無機材料的改 性環氧涂料。該涂料由 H87— 1 、 H87 — 2 、 H87 — 3 配套組成。由于 H 87 涂料涂層的中間層添加了sAT無機材料,使防腐層提高了隔熱、耐熱性能,有效地阻止高溫介質的破壞作用,并增強了涂膜的防滲透性能和耐水、耐油、耐化學藥品的性能。陔涂料曾被國家計委評為 l 989 年國家級新產 品,被大慶、勝利、遼河、華北等大油田確定為注水管線、高溫污水罐管和原油儲罐的內防腐專用 涂料。

                          3 . 4 8701 環氧樹脂涂料

                          8701 環氧樹脂涂料是由環氧樹脂 ( 基料 ) 、改性 胺類固化劑、溶劑、助劑、顏料組成,并分底漆和面漆兩種。因采用新型無毒固化劑固化涂層,該涂 料與普通涂料相比,具有固體含量高、溶劑污染小、固化溫度低、涂料氣味小、涂層耐酸、耐堿、耐油、耐水性優異等特點。該涂料先后在大慶、勝 利、長慶、遼河、南陽、江漢等油田的污水管道、 原油儲罐內防腐涂層中應用,取得了很好的防腐效果。

                          3 . 5 新型環氧改性聚氨酯重防腐涂料

                          該涂料的漆基是由液體環氧樹脂與甲苯二異氰酸酯 (TDI) 反應生成的含有一定量羥基的共聚物,與研制的固化劑匹配,完全滿足室溫固化的技術要求。既保持了環氧類涂料耐酸堿、附著力強的性能,又具有聚氨酯類涂料耐油類、耐化學介質、涂膜強度和耐磨性能好的優點,是國際20 世紀 70 年代,國內 80 年代優良的高科技新型產品。在油田污水、鹵水管道和設備內壁中的應用效果很好,在天然氣田、青海油田中使用壽命均達 5a 以上。

                          3 . 6 鈦納米防腐涂料

                          鈦納米聚合物防腐涂料采用世界上最先進的納米包覆技術和高分子合金材料,打破物質由小到大逐級粉碎的常規,瞬問制得納米鈦粉,粒度在(1O ~ 50)nm,使填料與樹脂間界面發生化學鍵合作用,具有高抗滲性、耐蝕、耐磨、耐溶劑,很強的自我修復能力和自潔性,能增強表面強度,可長期保存。自2000 年以來,這種鈦納米聚合物涂層防腐管,共 10 口井,總長度近 2 萬余米。 2003 年 3 月,河口采油廠對 2001 年8 月下入 E11-26 井的防腐管進行現 場實地檢驗,管內壁涂層良好無脫落,涂層顏色基本 無變化,無結垢現象,應用效果極佳。

                          4 結束語

                          以上分析表明,我國的油氣井都存在著不同程度的腐蝕問題,但由于注水井管柱苛刻的腐蝕環境,上述的每種技術都暴露出其使用條件的局限性。應當針對不同油氣井的實際情況,采用最經濟、最簡單的防腐技術。同時可以看出新型的環氧類及環氧改性涂料在油田注水管道防腐中仍具有廣闊的應用前景。

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