测定腐蚀速率新方法在油田中的应用研究

２００７年第０２期（总第８１期）

沿海企业与科技

ＣＯＡＳＴＡＬＥＮＴＥＲＰＲＩＳＥＳＡＮＤＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

ＮＯ．０２，２００７（ＣｕｍｕｌａｔｉｖｅｌｙＮＯ．８１）

测定腐蚀速率新方法在油田中的应用研究

梁晓锋，曾

［摘

要］

科

文章一改原来测定失重的方法，采用分光光度计测定溶液中铁离子浓度的方法，换算成铁的失重，从而得

比，有比较一致的趋势，误差在１３％以内。

出铁离子腐蚀速率，这种方法简便，不仅可使用于实验室，还可以应用于油田现场实行连续性监测。与失重法腐蚀速率相

［关键词］［作者简介］

腐蚀速率；油田；吸光光度；铁离子

梁晓锋，长江大学化工学院环境工程系２００３级学生，研究方向：环境监测，湖北

［文献标识码］Ａ

［文章编号］１００７－７７２３（２００７）０２－００８２－０００３

荆州，４３４０２３

［中图分类号］ＴＱ０１６

引言（二）实验方法

本实验通过“ＣＬＦＳ－Ⅱ高温高压动态腐蚀速率仪”对钢片腐蚀，然后分别用失重法和分光光度法来测定其同一组钢片的腐蚀速率，然后对比这两组腐蚀速率的误差。失重法腐蚀速度计算公式：

式中：

重，ｇ；

—表面积，ｃｍ２；

—失

—腐蚀时间，ｈ；Ｃ—单位

在油田开发过程中，腐蚀会发生在钻井、完井、采油、酸化和污水处理等各环节，是生产中必须解决的严重问题之一。目前测定金属腐蚀速度的方法很多，有重量法、容量法、极化曲线法等等。其中重量法是一种较经典的方法，也是测定金属腐蚀速度最可靠的方法之一。目前国内大多数油田都采用此方法。但是由于此方法操作繁琐，对操作的规范性、准确性要求都很高。

本实验采用了荆州创联石油科技有限公司生产的“ＣＬＦＳ－Ⅱ高温高压动态腐蚀速率仪”进行了实验，测定方法为光度法，该方法新颖，结合现代快速光度计测定仪，为测定腐蚀提供一种新的途径。

换算参数，为１０４。失重法中表面积和腐蚀时间容易获得，关键是要知道材料失重，此法是称量法，即根据金属材料前后重量之差计算出失重量。

光度法则是通过对腐蚀介质中的铁离子浓度的分析，计算出试片失重，从而计算出腐蚀速度。

（三）实验预备

一、实验部分

（一）仪器与药品

实验仪器：７５２型分光光度计、电子天平（感量为０．１ｍｇ）、容量瓶、移液管、吸耳球、水浴锅、ＣＬＦＳ－

１．铁离子吸收标准曲线的测绘

分别取０、１、２、３、４、５、６、７、８ｍｌ体积的铁标准溶液分置于９只１００ｍｌ容量瓶中，加入２ｍｌ的５％盐酸羟胺，摇匀，经２ｍｉｎ后，再各加入１０ｍｌ

（ｐＨ＝４．５）的缓冲溶液及３ｍｌ的０．２％邻ＮａＡＣ－ＨＡＣ

二氮菲，以水稀释至刻度，摇匀。在分光光度计上，用１ｃｍ的比色皿，在最大吸收波长５１５ｎｍ处，以空白溶液作参比，测定溶液的吸光度，测试结果见表

Ⅱ高温高压动态腐蚀速率仪。

盐酸羟胺、乙酸实验药品：六水硫酸亚铁铵、

钠、醋酸、浓盐酸、氢氧化钠、邻二氮杂菲（均为分析纯）。

１和图１：

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个槽放置三组平行待测样，记录三个平行读数值，最后取平均值，将吸光度值带入到下列公式，可以得出吸光光度法的腐蚀速率公式。由公式

式中：ｖ为腐

蚀速率，ｇ／ｍ２・ｈ；ｃ为腐蚀后溶液中铁离子浓度，

ｍｇ／Ｌ；Ａ１是钢片腐蚀后溶液的吸光度（以空白溶液作参比）；Ａ２为没有钢片腐蚀，溶液的吸光度（以空白溶液作参比）；Ｂ为稀释倍数；ＶＴ为腐蚀溶液总

失重体积，Ｌ；Ｓ为钢片表面积，ｍ２；ｔ为腐蚀时间，ｈ。

法和光度法腐蚀速率比较如下：

利用最小二乘法对实验结果进行直线回归：

Ｃ＝Ｋ×Ａ。这里Ｋ＝５．１３９即方程为：Ｃ＝５．１３９Ａ，相关

系数为０．９９９８４。

２．铁离子浓度的测定并转换成光度法失重

挂片：将冲洗干净的转子从釜体中取出，把洗好的钢片对称地放置在挂架上拧紧螺母以免脱落，将转子放入釜体中，加入规定体积（１０００ｍｌ）的计时器和转速污水，盖上阀门盖，打开温控开关、仪，整个挂片试验所需时间为３天即７２ｈ。

取片及试片腐蚀试验后的处理：待挂片试验达到规定时间后，关闭转速仪和温空开关，取出温度传感器探头，打开釜体盖，取出转子，拧开螺母。将腐蚀后挂片放入１００ｍｌ的六次甲基四胺酸洗液中用小毛刷刷洗，然后用水冲掉钢片表面的酸液，再放入丙酮中用脱脂棉洗，最后在无水乙醇中冲洗并浸泡５ｍｉｎ，取出后冷风吹干，放入干燥器中约

二、结果与讨论

（一）结果分析

结果与理论相符。本实验所用水样是华北油田岔北回注污水，取样日期２００６年９月１５日，试验是在１０Ｍｐａ，１００转／ｍｉｎ条件下进行，结果见图

２０ｍｉｎ后称量。

参比液和待测液的配制：转子取出后，待腐蚀液冷却，打开釜体下面取样阀，用烧杯盛装，然后（１）将酸化后的腐蚀液按照下列方法配置待测液。

用玻璃棒充分搅拌均匀，过滤出约５０ｍｌ，取过滤后的腐蚀液Ｖｍｌ（Ｖ根据稀释倍数进行确定，稀释倍数可以先用失重法的理论值估计）；（２）

加入

２。试验表明，温度对腐蚀速率的影响很大，腐蚀速

率成上升趋势，这与失重法是完全一致的。图３试验是在７０℃下做１ａｔｍ、５Ｍｐａ、１０Ｍｐａ和１５Ｍｐａ腐蚀速率，转速均为１００转／ｍｉｎ。图３结果表明，常压与加压的腐蚀速率区别很大，表明压力对腐蚀速率也有影响。但是在压力为５Ｍｐａ、１０Ｍｐａ和这说明，在加压大１５Ｍｐａ时，腐蚀速率相差却很小。

于５Ｍｐａ之后，压力虽有变化，腐蚀速率值却变化不大，在２０Ｍｐａ以内，腐蚀速率相对值在８％以内。

（二）影响因素用光度法测定时，

由铁离子浓度计算公式分析，影响误差的

因素比较多。首先，标准曲线绘制，相关系数要求至少达到小数点后三个９，这是影响误差的主要因

ＮａＡｃ－ＨＡｃ１０ｍｌ，测定溶液ｐＨ值，使其控制在

通常加入１０ｍｌ缓冲溶液ＮａＡｃ－ＨＡｃ４～６．５之间。

后可达到要求。（３）加入５ｍｌ２０％的ＯＰ－１０。（４）加入５％的盐酸羟胺２ｍｌ。（５）在待测瓶中加入０．２％的邻二氮杂菲３ｍｌ［配制空白参比液时用原水样，其他所加药剂相同，唯独（５）不加邻二氮杂菲］。

腐蚀液吸光度的测量：配制参比液和待测液均在１００ｍｌ的锥形瓶中进行。配制好后，分别放在水浴上加热，加热温度为５０℃，２０ｍｉｎ后取出放置冷却，转移至１００ｍｌ容量瓶中，定容。在７５２型光度计上测量吸光度值，第一个槽放参比样，后面三

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素之一，如果不能达到要求就重新标定；其次，腐蚀后的液体在没有被酸化处理之前，腐蚀液必须搅拌均匀，铁在水介质中的溶解比较复杂，可能会出现铁的沉淀物；另外，稀释倍数以腐蚀后吸光度值在０．２～０．８之间确定；最后，用六次甲基四胺酸洗液来进行酸洗时，表面一定要清洗干净，洗刷时间控制在２分钟左右，不宜过长。

综上所述，在密封、动态、高温和高压的条件下，油田水腐蚀介质中，其实验数据的科学性和重现性与理论基本相符，腐蚀速率随着温度的升高而增大，失重法与光度法两种方法的试验结果相对误差在１３％以内，达到水介质中的设备技术指标要求。操作时力求规范，避免不必要的误差产生。

四、结语

１．建立了分光光度法测定铁离子含量的标准

吸收曲线，即Ｃ＝５．１３９Ａ（式中：Ｃ为铁离子浓度，ｍｇ／Ｌ；Ａ为吸光度）。

“高温高压腐蚀速率测定仪”工作容许的２．在

范围内，即工作压力０￣２０ＭＰａ；工作温度范围在室温￣１８０℃；试片转速：０￣３００转／分；将失重法与光度法两种方法的试验结果相对误差控制在１３％

以内。

３．失重法只能用于实验室，不能用于连续腐蚀

测试，而铁离子浓度分析法即吸光光度法不但可以用于实验室，而且可以用于现场进行腐蚀监测，也可以用于连续腐蚀测试。铁离子浓度分析法是一种腐蚀速度快速测定方法，有待在油气田腐蚀测定中推广。

［参考文献］

［１］王娅莉．金属腐蚀及油田设备防腐［Ｍ］．北京：化学工业

出版社，１９９４．

［２］刘约权，李贵深．实验化学［Ｍ］．北京：高等教育出版社，

三、现场应用

光度法不仅在华北油田用来对水介质进行了测定，而且在大庆油田、天津大港油田等得到了推广和应用。它采用的铪氏合金可以抗高温高压，耐强酸强碱，而且在土酸即酸性环境介质中作缓蚀评价，效果更佳，特别是大庆油田，其失重法和光度法的误差在５％以内。

２００２．

［３］ＳＹ／Ｔ５２７３－２０００．油田采出水用缓蚀剂性能评价方法

［Ｓ］．

（上接第８６页）抑制活性钢镀层超厚问题，降低了锌耗。

（四）Ｚｎ－Ａｌ－Ｓｎ－Ｂｉ合金技术的应用

当锌浴中ＷＢｉ为０．１％、ＷＡｌ为０．０２５％￣０．０５％时，可获得平滑均匀并有良好光泽的镀层，同时减少锌灰及锌渣，锌耗也可能降低。但不抑制高硅钢热镀锌时Ｆｅ－Ｚｎ异常反应。

对Ｚｎ－Ａｌ－Ｓｎ－Ｂｉ合金进行研究，结果表明合金浴中ＷＡｌ为０．０３５％和ＷＳｎ为０．４５％时，能有效抑制高硅钢的活性。对于活性钢，该合金镀层厚度比纯锌镀层减少６５％，比Ｚｎ－Ｎｉ合金镀层减少

但采用热浸镀锌技术应注意几点问题：１．锌浴中添加合金元素后的有效作用是建立在完善的常规热镀锌工艺和设备的基础上的，故在使用热镀锌合金技术前应先优化自身热镀锌工艺，也只有这样才能充分发挥合金技术的作用；２．结合实际情况（如产品类型、钢材成分等）决定采用何种合金技术，只有维持适当的合金浴含量，做好化验分析工作，及时调整生产工艺，才能发挥合金作用；３．由于大多数合金元素与锌的熔点相差较大，直接将纯金属加入到锌浴中很难溶液，甚至可能造成浮渣增多的情况。因此要选用正确的合金添加方式，对于钢结构件镀锌，最常用的加Ａｌ和加Ｎｉ，通常采用中间合金方式添加。

［参考文献］

［１］卢锦堂，孔纲．锌浴中元素对钢结构件热浸镀锌影响［Ｊ］．

表面技术，２００３，（３２）．

［２］孔纲，卢锦堂，陈锦虹．热浸Ｚｎ－Ｎｉ合金镀层技术的研究

和应用［Ｊ］．腐蚀科学与防护技术，２００１，（１３）．

３０％。对于高磷钢热镀锌，该合金浴有效，比纯锌镀层和Ｚｎ－Ｎｉ合金镀层厚度减少９０％，且镀层表

面光亮平滑。

四、结语

采用合金技术可获得更佳的镀锌质量和更好的经济效益。大大提高了镀锌产品的市场竟争力，

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