1、第二節(jié) 氣井腐蝕評價參數(shù)及方法,一、氣井腐蝕評價參數(shù) 在氣井腐蝕分析研究和防腐設(shè)計評價中，常常涉及到某組分 的濃度、某組分的分壓、井內(nèi)流體的pH值等參數(shù)的計算或測量。 人們根據(jù)所用參數(shù)的目的及使用習(xí)慣，往往采用不同的表示方法 及選用不同的獲取方法。 1、氣體含量 氣井中的氣體含量常采用以下兩種描述方法： 1）氣體的質(zhì)量濃度（G）：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（20和101.3kPa） 下每m3容積所含的某種氣體的質(zhì)量克數(shù)，g/m3。 2）氣體的體積分?jǐn)?shù)（X），用表示。 上述兩種濃度表示方法常常需要互換計算。,式中：,體積分?jǐn)?shù)，用表示；,某種氣體的質(zhì)量濃度,g/m3；,某種氣體的摩爾質(zhì)量， g/mol；,1mol（

2、kmol）該種氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) （20和101.3kPa）下的體積升(L)/mol(m3/Kmol)。,2、氣體分壓計算 在分析和研究H2S、CO2腐蝕時，H2S、CO2對腐蝕嚴(yán)重 程度的影響常用分壓（Partial Pressure）來表示。一般說來分 壓越高，腐蝕越嚴(yán)重，H2S、CO2分壓高低已是目前國際上用 來判斷腐蝕嚴(yán)重程度的最重要的判據(jù)。 3、pH值測定與計算 溶液或薄液的pH=-lgH+S值是影響腐蝕的關(guān)鍵因素之一， 現(xiàn)場腐蝕狀況的診斷分析或者氣井的防腐設(shè)計經(jīng)常要涉及到介 質(zhì)的pH值。介質(zhì)的pH值受組分的溶解、逸出、溫度、壓力和相 變等因素的影響，因此，油管外環(huán)空及油管內(nèi)不同井深的p

3、H值 均有差異。,pH值也是定量描述腐蝕嚴(yán)重程度和材料評選的基本依據(jù)之一。 因此，pH值測定與計算非常重要。通常從分離器后取出的無壓水 樣中測量的pH值，不能代表井下某一點實際的pH值。因此把取樣 點的pH值用到其它環(huán)境時要作必要的轉(zhuǎn)換。下列組合可供pH值計 算時的參考：二氧化碳含量對pH值有顯著的影響，在分析井下腐 蝕狀況時，需要同時考慮天然氣組分的影響:同時含有硫化氫和二 氧化碳時，必須考慮兩者溶于水時pH值的降低。硫化氫和二氧化 碳在溶液中的溶解度差異甚大；溫度對系統(tǒng)pH值的影響不如壓力 的影響大。,二、氣井腐蝕評價方法 檢測氣井中金屬抗腐蝕性能的實驗室方法主要是采用化學(xué) 浸泡試驗法和薄

4、液潤濕法兩種：首先看化學(xué)浸泡法。 1）化學(xué)浸泡法 所謂化學(xué)浸泡法是把金屬材料制成特定形狀和尺寸的試片， 在選定的介質(zhì)中浸泡一定時間。取出后，通過稱重、表觀檢查、 測量蝕孔深度、考察力學(xué)性能或分析溶液成分等方法，評定金 屬材料的腐蝕行為。這種試驗又稱掛片試驗。 根據(jù)試片與溶液的相對位置，化學(xué)浸泡法分為全浸試驗、 半浸試驗和間浸試驗三種。,（1）全浸試驗： 是將試片完全浸入相應(yīng)氣井的地層水環(huán)境或者ISO或NACE 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的腐蝕介質(zhì)的溶液中。此法操作簡便，重現(xiàn)性好。在實 驗室試驗時，可以嚴(yán)格控制各種影響因素（如充氣狀態(tài)、溫度和 流速等），可作模擬試驗和加速試驗。試驗時懸掛于溶液中不同 深度的孤立小

5、試片的腐蝕效應(yīng)與延伸于不同深度的長尺度試片的 腐蝕效應(yīng)是不同的，因為后者由于充氣差異而形成宏觀腐蝕電池 效應(yīng)。,(2）半浸試驗： 又稱水線腐蝕試驗。試片的一部分浸入相應(yīng)氣井的地層水環(huán)境 或者ISO或NACE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的腐蝕介質(zhì)的溶液中，而且使試片的尺 寸（尤其是液面上下的面積比）保持恒定，使氣相和液相交界的“水 線”長期保持在試片表面的固定位置上，在“水線”附近可以觀察到嚴(yán) 重局部腐蝕。 (3）間浸試驗： 使試片按照設(shè)定的循環(huán)程序，重復(fù)交替地暴露在溶液和氣相中， 又稱交替浸泡試驗。試驗時需嚴(yán)格控制環(huán)境的溫度和濕度，以保證 試片表面的干濕變化頻率?；瘜W(xué)浸泡試驗可用于評定全面腐蝕行為， 也可用于評定

6、局部腐蝕行為。如果是評定局部腐蝕，可用點腐蝕試 樣、縫隙腐蝕試樣或恒變形加載的應(yīng)力腐蝕試樣進行浸泡試驗。,2）薄液潤濕法 氣井環(huán)境中的金屬材料腐蝕過程主要是在薄液層下的金屬 腐蝕過程，主要受氫去極化控制，其腐蝕過程與溶液相比有很 大差異。液層厚度在100微米以下時，氫還原速度直接受液膜 厚度控制。腐蝕產(chǎn)物積累、天然氣中氣體和固體顆粒的溶解以 及液膜量的變化都會顯著影響腐蝕過程。薄液中金屬材料的腐 蝕試驗?zāi)壳斑€沒有一個通行的規(guī)定，可以采用鹽霧試驗的實驗 方法在鹽霧試驗箱中進行，也可以在高溫高壓釜中模擬氣井環(huán) 境進行。,（1）鹽霧箱內(nèi)薄液實驗方法： 將相應(yīng)氣井的地層水環(huán)境或者ISO或NACE標(biāo)準(zhǔn)規(guī)

7、定的腐蝕 介質(zhì)的溶液連續(xù)或間斷地以霧狀噴出，鹽霧沉降在試樣上，形 成極薄的液膜，由于不斷有新的鹽霧落到試樣上而加速了試樣的 腐蝕過程。試樣支承或懸掛的位置應(yīng)使試樣的主要表面與垂直面 成1530角，或與霧流主方向平行。試樣的位置還應(yīng)使鹽霧 能自由沉降到所有試樣上，并使在一個試樣上凝聚的液滴不會再 落到其他試樣上。 （2）高溫高壓釜中模擬氣井環(huán)境薄液腐蝕試驗方法： 進行模擬氣井環(huán)境的薄液腐蝕實驗方法參考浸泡試驗方法， 只是將高溫高壓釜中的液量進行相應(yīng)的控制，且將試樣吊掛于高 溫高壓釜中的液面之上。,2、氣井中金屬材料抗腐蝕性能的表觀檢查 對于經(jīng)過腐蝕檢測試驗的試樣，常用的腐蝕評定方法主要 有以下幾

8、種： 第一要對試樣進行金屬腐蝕表觀檢查，其內(nèi)容包括：腐蝕 的宏觀檢查、微觀檢查； 第二要對金屬腐蝕狀況進行評定，其內(nèi)容包括：均勻腐蝕 中的金屬失重評定，局部腐蝕中孔蝕程度的評定，氫損傷和應(yīng) 力腐蝕敏感性的評定等； 第三要進行腐蝕電化學(xué)評定：包括穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)電化學(xué)測定 以及交流阻抗測定以及電化學(xué)噪聲測定等。,1）腐蝕的表觀檢查 腐蝕試驗中對于腐蝕試樣的表觀檢查通常是一種定性的檢查 評定方法，有時也可以給出一些定量數(shù)據(jù)，同時又可以作為其他 評定方法的重要補充和依據(jù)。 （1)宏觀檢查： 宏觀檢查是用肉眼或低倍放大鏡對金屬材料和腐蝕介質(zhì)在腐 蝕過程中和腐蝕前后的表面形態(tài)進行仔細(xì)地觀測，也包括對金屬 材料

9、去除腐蝕產(chǎn)物前后的形態(tài)觀測。宏觀檢查是一種比較粗略， 甚至帶有一定的主觀性的分析方法，但該方法方便簡捷，是一種 有價值的定性方法。它不依靠任何精密儀器，就能初步確定金屬 材料的腐蝕形貌、腐蝕類型、腐蝕損壞程度和受腐蝕部位等。,(2)腐蝕的微觀檢查： 腐蝕的宏觀檢查所獲取的信息反映了腐蝕行為的統(tǒng)計平均 結(jié)果，其代表性和直觀性都比較強，但不一定能揭示腐蝕的本 質(zhì)或過程的真實情況。腐蝕的微觀檢查方法是用來獲取微觀（ 局域的或表面的）信息，用以揭示腐蝕過程的細(xì)節(jié)和本質(zhì)的分 析方法，是宏觀檢查的進一步發(fā)展和必要的補充。 經(jīng)常用于腐蝕微觀檢查的工具和方法包括電子顯微鏡（特 別是掃描電鏡，SEM）、電子探針（EPMA）、俄歇電子能譜 法（AES）、X射線光電子能譜法（XPS）、二次離子質(zhì)譜法 （SIMS）和原子力顯微鏡/掃描隧道顯微鏡（AFM/SIM）等。,2）、表觀檢查的評定方法 對于定性的表觀考察來說，腐蝕形態(tài)和程度的表述明顯地 受到人為因素的影響，具有主觀隨意性。為了建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn) 評定方法，一些組織和個人做了多方努力，其中比較有代表性 的工作包括Champion提出的標(biāo)準(zhǔn)樣圖（圖6-17）。樣圖