油气管道面临的H2S/CO2腐蚀问题

根据油气管道的服役环境选择不同的材料。金属基体中影响H2S腐蚀的主要化学元素是锰和硫，影响CO2腐蚀的主要化学元素是镁、钴和铬等，如含铬元素的合金钢在CO2环境中形成的腐蚀产物膜较均匀、致密，对基体起到一定的保护作用，从而使基体的腐蚀速率有所降低。另外，含镍、钴和钼等元素的合金钢表面易形成钝化膜，从而增强对基体的保护作用。

以5%铬含量为临界值来划分低铬钢和高铬钢。低铬钢表面可以形成比较稳定、致密的富铬钝化膜，对于H2S与CO2的共同腐蚀具有较好的阻碍作用。

GUO等研究发现，在钢中加入质量分数为0.5%~1%的铬元素，有利于提高合金钢的耐蚀性，铬含量不同，合金钢表面生成的腐蚀产物膜的致密度也不同。UEDA等研究发现，5Cr钢在CO2环境中的使用寿命是普通J55碳钢的4倍以上。MOLCHAN等研究表明，在温度低于90 ℃的饱和水溶液中，含少量铬元素的合金钢表面会迅速形成稳定的非晶态Cr(OH)3腐蚀产物膜，该膜层的稳定性高于相同环境中碳钢表面腐蚀产物膜的稳定性。

油气管道用钢中的铬质量分数通常为13%~20%，碳质量分数仅为0.04%。目前，常用的油气管道用钢主要有13Cr不锈钢、22Cr双相不锈钢和25Cr双相不锈钢。油田开采环境较为苛刻，普通碳钢无法满足其使用要求，13Cr不锈钢的耐Cl^-点蚀性能较差，其余高铬钢的价格较昂贵。

为了满足油田开采环境的使用要求，研发出了一种强度高且耐蚀性好的超级13Cr不锈钢，其碳含量只有0.02%，为了进一步提高其耐蚀性，在钢中还加入了镍、钼、钴和铜等元素。钼元素可提高超级13Cr不锈钢在酸性与碱性溶液中的耐点蚀性能，铜元素可提高其在非氧化环境中的耐均匀腐蚀性能，镍元素可提高其耐应力腐蚀性能。超级13Cr不锈钢油气管道在含CO2、H2S和Cl^-的环境中有较好的耐蚀性和韧性，其价格比相同质量和耐蚀性的高铬钢低了近30%，逐渐取代双相不锈钢。

但是，超级13Cr不锈钢在实际使用过程中会发生较为严重的点蚀。赵密锋等研究表明，超级13Cr不锈钢油气管道在高温高压油气井中的使用温度上限值为180 ℃，当环境温度超过170 ℃时，超级13Cr不锈钢会发生SSCC，即超级13Cr不锈钢在高温高压油气井环境中的安全使用温度不超过170 ℃。雷冰等结合油田现场情况，分析了高温高压油气井环境中超级13Cr不锈钢油气管道的点蚀情况，研究发现在返排残酸阶段，该管道易发生点蚀，处于中温区域（80~100 ℃）的管段，其表面点蚀坑较多。

咪唑啉类及其复合型缓蚀剂、合成的复配型缓蚀剂以及三相胺类缓蚀剂等均对H2S与CO2的共同腐蚀具有优良的缓蚀效果。咪唑啉类及其复合型缓蚀剂具有无刺激性气味、耐热性较好和毒性较低等优点，在油气管道防腐蚀方面的应用较为广泛。

合成了新型季铵盐咪唑啉缓蚀剂，主要是对腐蚀过程的阳极反应起到抑制作用，从而保护油气管道，当其添加量为1.0%时，其缓蚀率可达96.5%。陈庆国等研发出二酰胺基吡啶季铵盐缓蚀剂，他能阻隔腐蚀性介质与金属基体接触，当添加量为50 mg/L时，其缓蚀率可达96.91%，对点蚀起到一定的抑制作用。

研发出CPA-1新型咪唑啉缓蚀剂，该缓蚀剂不仅抑制了CO2腐蚀的阴极和阳极反应，而且能在N80碳钢基体表面形成吸附膜，阻隔基体与腐蚀性介质接触，当添加量为250 mg/L时，其缓蚀率达95%。

点状插入式牺牲阳极可对集输管线内部起到一定的保护作用，空心圆柱体牺牲阳极可对井下管柱起到较好的防护作用，高频脉冲电流可对长套油气管道起到较大的保护深度。

采用高频脉冲电流对DN200mm口径以下的管道进行了防护，当系统通电后，电流不断被消耗使管道内壁发生阴极极化，从而对管道内壁起到保护作用。

目前，国内外使用较多的管道内涂层类型有改进环氧粉末型、改进的环氧树脂型与环氧酚醛型等。

王珂等对二氧化碳捕获和封存（CCUS）技术所用的TK70和DPC两种涂层进行了评价，发现两种涂层均可以隔绝腐蚀性介质与金属油气管道，明显降低了油气管道的腐蚀速率。

吴希革研制出新型改性树脂粉末涂层，具有耐高温、抗渗透和耐腐蚀等性能，可有效抑制H2S，CO2和Cl^-对油气管道的腐蚀。