劉站峰

【摘要】在油田采油過程中，腐蝕和結(jié)垢是一種常見的實際問題。針對潛油電泵在實際應(yīng)用環(huán)境下的腐蝕情況進行分析，主要的腐蝕類型分為三種：硫化氫腐蝕和二氧化碳腐和耐海水腐蝕。通過分析潛油電泵在三種不同腐蝕性介質(zhì)中的腐蝕機理，為提高潛油電泵的耐腐蝕性提供參考，方便改造和優(yōu)化設(shè)計，便于選出潛油電泵更適合的防腐保護措施。

【關(guān)鍵詞】潛油電泵；耐腐蝕性；腐蝕介質(zhì)

前言

潛油電泵的腐蝕類型主要包括三種，即硫化氫腐蝕和二氧化碳腐蝕，還包括海水及鹽類腐蝕，這些腐蝕主要破壞潛油電泵的電機、電機保護器等，同時還會對潛油離心泵和油氣分離器、電纜等重要部件造成致命的損害。

1、硫化氫腐蝕機理分析

1.1硫化氫（H2S）對潛油電泵的影響

H2S損壞潛油電機的主要方式是通過破壞潛油電機的絕緣組織、降低潛油電機潤滑油的介電強度、腐蝕滑動軸承銅線圈等制造材料來損壞潛油電機。經(jīng)實踐驗證，油井硫化氫含量較高時對碳鋼和銅材料的腐蝕嚴(yán)重，其中潛油電泵的殼體、潛油離心泵、油氣分離器和接頭等部位容易被腐蝕損壞。

1.2硫化氫的腐蝕機理

在硫化氫溶液中，含有H+、HS-、S2-和H2S分子，對金屬的腐蝕是氫去極化過程。釋放出的氫離子具有很強的去極化劑，極易獲取電子，促進陽極鐵溶解反應(yīng)，從而使鋼鐵出現(xiàn)全面腐蝕。呈酸性的H2S水溶液與鋼鐵和銅作用時，發(fā)生的主要電化學(xué)腐蝕反應(yīng)如下：

碳鋼和低合金鋼是含H2S氣田中最常用的管材。經(jīng)過電化學(xué)腐蝕反應(yīng)產(chǎn)生硫化鐵，這種產(chǎn)物的缺陷是與鋼鐵表面的粘接力差，易發(fā)生氧化反應(yīng)而脫落。

H2S水溶液與鋼材作用之后，電化學(xué)腐蝕的另一產(chǎn)物是氫，氫原子被鋼鐵吸收后會破壞基體連續(xù)性導(dǎo)致氫損傷。氫原子在腐蝕部位結(jié)合成氫分子，不但體積膨脹同時產(chǎn)生氫壓，使鋼材脆化，這樣會引起局部區(qū)域發(fā)生塑性變形而產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致最終的開裂。

1.3影響硫化氫腐蝕的相關(guān)因素：

硫化氫的濃度高低、pH值大小、溫度變化和壓力值均影響硫化氫腐蝕的速度和嚴(yán)重性。（1）H2S濃度：碳鋼在水濟液中含H2S為200-400mg/L，H2S水溶液對鋼鐵的腐蝕最嚴(yán)重；當(dāng)H2S濃度超過400mg/L時，腐蝕速率隨H2S濃度增加而降低。（2）壓力：當(dāng)天然氣中H2S體積含量超過15%時，最常發(fā)生應(yīng)力開裂，這是由硫化物造成的。（3）H2S溫度：實驗表明，H2S水溶液濃度為10%時，將H2S水溶液溫度從50℃加熱到90℃時，發(fā)現(xiàn)腐蝕的速率出現(xiàn)很大提升。但是繼續(xù)加熱到一定溫度，腐蝕速率反而隨著溫度的升高呈現(xiàn)下降趨勢。（4）pH值：當(dāng)pH值小于6時，屬于酸性環(huán)境時對鋼的腐蝕速率較高。

2、二氧化碳的腐蝕分析

2.1二氧化碳的腐蝕類型及對潛油電泵的影響

井液中由二氧化碳所引起的腐蝕有如下類型：

（1）深坑型腐蝕：此種腐蝕過程會在潛油電泵被腐蝕部位周邊形成清晰銳利的坑，這種坑的邊界明顯，在比較短的時間內(nèi)就可能完全穿透被腐蝕管件的管壁。

（2）均勻腐蝕：此類腐蝕在材料表面分布的比較均勻，腐蝕嚴(yán)重時出現(xiàn)坑蝕。

（3）沖蝕：沖蝕受到氣流速度的影響，氣流速度越快腐蝕速度越快。在潛油離心泵出口和泄油閥內(nèi)最易發(fā)生沖蝕。

2.2二氧化碳腐蝕的機理

二氧化碳腐蝕在游離水環(huán)境中發(fā)生，當(dāng)二氧化碳溶于水時生成碳酸，造成鋼材腐蝕，反應(yīng)式如下：

由上述反應(yīng)可見，CO2的腐蝕機理一般造成潛油電泵設(shè)備出現(xiàn)臺狀、渦旋狀或者點狀的腐蝕。點狀腐蝕容易形成電池回路，使Fe溶解。腐蝕產(chǎn)物膜影響到CO2的腐蝕速率和腐蝕情況。對于碳鋼來說，CO2腐蝕產(chǎn)物膜中存在的主要組成成分就是FeCO3。由于晶粒會累積變大，物質(zhì)之間能量的相互傳遞，形成厚厚的CO2腐蝕產(chǎn)物膜，產(chǎn)物膜的最外層由細小的晶粒組成；中間層是顆粒狀有孔洞的FeCO3組成；最內(nèi)層的腐蝕產(chǎn)物較為致密，與基體牢固的結(jié)合在一起。

2.3影響二氧化碳腐蝕的因素

從實際應(yīng)用情況看，影響二氧化碳腐蝕的因素主要有壓力、溫度和水。其中壓力主要指CO2的分壓，這是控制腐蝕危害的主要因數(shù)。其次是溫度，溫度是影響CO2腐蝕的重要因數(shù)。還有pH值，它的變化決定了潛油電泵的腐蝕類型。

3、海水及鹽類腐蝕分析

海水腐蝕潛油電泵產(chǎn)生的主要腐蝕產(chǎn)物就是氯化物，其中包括硫酸鹽也是造成潛油電泵腐蝕的一個原因。氯離子會加快金屬與合金的溶解速度從而推進腐蝕進程。由于遷移和水解會加快腐蝕的速度，推進自催化反應(yīng)，所以時間長了會產(chǎn)生嚴(yán)重的孔蝕現(xiàn)象。潛油電泵中的零配件材質(zhì)也是影響潛油電泵腐蝕程度的相關(guān)因素之一。

4、潛油電泵本身保護措施

為了提高潛油電泵的防腐蝕性能，我們除了考慮運行環(huán)境和改進構(gòu)造優(yōu)化設(shè)計外，一般采取如下四種措施：（1）根據(jù)潛油電泵運行環(huán)境介質(zhì)的不同，選用相適應(yīng)的耐腐蝕材料，如挑選不同的鋼材。（2）做好鍍層防腐，在普通鋼材的外邊電鍍上一層耐腐蝕的合金，作為防腐層來保護潛油電泵不受腐蝕。（3）采用涂層防腐，根據(jù)油井溫度的高低選用相應(yīng)等級的涂料。（4）在油井中注入緩蝕劑，以起到減緩腐蝕的作用，降低對潛油電泵的腐蝕。

結(jié)論

通過對潛油電泵耐腐蝕性的研究，得出以下結(jié)論：潛油電泵的腐蝕主要包括硫化氫腐蝕、二氧化碳腐蝕和海水及鹽類腐蝕；在硫化氫溶液中，含有H+、HS-、S2-和H2S分子，對金屬進行氫去極化腐蝕；二氧化碳溶于水生成碳酸對電泵產(chǎn)生腐蝕；海水通過其中含有的氯化物對電泵機組產(chǎn)生腐蝕；潛油電泵的各接頭采用不銹鋼材料、殼體采用鍍層或涂層等措施，可保護泵體組織，延緩腐蝕。

參考文獻

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[3]王兆雄等編.水環(huán)泵葉導(dǎo)輪腐蝕失效分析.腐蝕科學(xué)與防護技術(shù)，2001.6：20-21.