油田污水腐蚀程度有哪些影响因素

随着中国油田开发的不断深入，很多油田已由开发初期的低含水量过渡到开发中后期的高含水量，这使得油田开采过程中产生的污水量不断增加，与之同时带来的设备腐蚀问题也日益严重。具有腐蚀性的油田污水不仅造成了污水运输管线的刺漏和穿孔，而且给污水处理设施的运行也带来极大的不便。可见，在油田污水处理问题上，控制腐蚀已成为一个急待解决的问题。

　　1、油田污水腐蚀影响因素

　　油田污水的腐蚀主要表现为对钢制管道设备的电化学腐蚀，影响其腐蚀程度的影响因素包括溶解氧、Cl-、CO2、pH、微生物等。

　　(1)溶解氧的影响。溶解氧对钢材的腐蚀是最直接的，也是污水中钢材局部腐蚀最主要成因之一。在钢材中通常含有一些惰性杂质，可与铁构成原电池发生电化学腐蚀，阳极反应：Fe→Fe2++2e；阴极反应：O2+2H++2e→2OH-，并且这种腐蚀在一定程度上随溶解氧的浓度增大而增大。当溶解氧浓度增加到一定值时，铁表面会出现一层钝化氧化膜，使腐蚀过程被抑制。

　　(2)Cl-对腐蚀的影响。活泼性强的Cl-会吸附在金属表面的钝化膜上，挤掉膜上的氧原子与钝化膜中的阳离子结合成为可溶性氯化物，露出新的铁面，加速腐蚀。相关研究表明，当油田污水中 [Cl-]<3 000mg/L时，随着 Cl-浓度的升高，腐蚀率逐渐增大；当[Cl-]>3000mg /L时，随着Cl-浓度的继续升高，腐蚀率反而下降。这是因为Cl-浓度过高时，会使氧的溶解度显著降低，致使吸氧腐蚀率降低。

　　(3)CO2对腐蚀的影响。CO2溶解于水中呈弱酸性，会电离出H+和HCO3-，这两种离子会加速钢材的电化学腐蚀。加之CO2腐蚀钢材形成的产物都是易溶的，不易形成保护膜，因此腐蚀速度会随浓度CO2增大而加快。但研究表明CO2浓度增加到一定值时，腐蚀速率会趋于平缓，这是由于污水中的 CO2 接近饱和，溶液的 pH值和HCO3--含量基本不变，腐蚀速度也保持不变。

　　(4)pH对腐蚀的影响。pH 值在酸性条件下，对钢材造成的氢的去极化腐蚀十分明显。研究表明，没有保护措施的碳钢在碱性水中的均匀腐蚀速率将低于酸性水，但是pH值在 4～ 10范围内同样存在着 pH值对腐蚀速率的影响。进一步研究指出，在大庆油田污水环境下，pH 值在8.13～ 9.6 之间时，腐蚀速度随着pH 值的增大逐渐变小；在pH> 9 .6时，腐蚀速度突降，几乎呈线形；在 pH = 11 时，腐蚀速度减小到最小。

　　(5)微生物对腐蚀的影响。微生物对腐蚀主要是其生命活动过程对钢材造成的间接腐蚀，在这些造成腐蚀的微生物中，硫酸盐还原菌（SRB的影响最为重要。通常随着SRB数量的增多，腐蚀速度也随之增大，这是由于一方面SRB的繁殖使得系统中H2S的含量增加，另一方面S2-腐蚀铁后形成的氢会导致钢结构的氢脆现象，使之容易断裂。

　　2、油田污水防腐处理方案

　　从以上油田污水腐蚀影响因素来看，污水运输管线和处理设施腐蚀的成因是极其复杂的，往往表现为多种因素相互促进腐蚀的进行。针对油田污水造成腐蚀的防护，大致有以下的研究或应用。

　　2.1 污水处理技术的改进

　　为减小油田污水处理过程中污水对管线和设备的腐蚀，有研究对油田污水处理技术进行改进，使用电化学预氧化油田污水处理技术，该技术主要用以解决Fe2+的去除问题以及氧化污水中具有腐蚀性的H2S。在该技术中，会向污水中加入少量的碱，使pH值维持在7.0左右，从而可控制氢的去极化腐蚀。结合混凝处理的实践证明，预氧化后的污水容易混凝沉降，且提高混凝沉降pH 值( 6. 5～ 8. 0) 使水质普遍变好，腐蚀速率下降。

　　2.2 防腐材料的使用

　　解决油田污水腐蚀最直接的方法即为防腐材料的使用，以涂层的方式避免钢材与腐蚀性污水的直接接触。以大庆石化公司水气厂污水车间为例，其管线防腐使用到了环氧树酯三布五油、TO树脂、环氧煤沥青；水池防腐使用到了环氧玻璃钢+湿表面涂料、WHJ 特种防腐涂料+湿表面涂料、聚脲涂层、内衬并固定HDPE(塑料) 薄板；容器防腐采用了环氧玻璃鳞片、环氧玻璃钢或采用不锈钢以及非金属材质(环氧玻璃钢、橡胶衬里)；动设备配件材质选用耐腐蚀的不锈钢等材质，外壳刷漆防腐。

　　2.3 药剂的投加

　　油田污水防腐应用中，使用的药剂主要包括进行缓蚀剂和杀菌剂。其中缓蚀剂主要用于减小钢材的腐蚀速率，杀菌剂用于抑制微生物的生长。在实践中，也有油田污水处理站将二者制成复合配方进行使用，如滨二污水站使用的改性咪唑啉衍生物杀菌型缓蚀剂。这种缓蚀剂含有N、P、S等元素，并添加了小分子胺类化合物，一方面咪唑啉型药剂能起到缓蚀的作用，另一方面小分子胺类化合物具有杀菌作用。

　　2.4其他方法

　　为增加金属的耐腐蚀性，可调整碳钢和低合金钢的成分，甚至采用非金属材料、高分子材料替代。在条件允许的情况下，可采用外加电流阴极保护或采用牺牲阳极保护等措施。

　　3、结语

　　为解决油田污水对管线和设备造成的腐蚀问题，应首先对造成腐蚀的因素进行分析，找出关键成因。在影响腐蚀因素较多的情况下，可采取灰色关联理论进行分析，确定最主要的问题，以便采取更有针对性的措施。一般地，在管线布设及设备选用的初期，就应该使用防腐材料做好防腐设计。在运输和处理设施运行的过程中，应注意进行缓蚀剂和杀菌剂的使用，以避免微生物造成的腐蚀及腐蚀进一步加重。总之，对油田污水运输和处理过程中出现的腐蚀，应引起足够的重视，以保证石油开采的正常进行。