????3. 含H2S酸性油氣田腐蝕破壞類型
? ??在油氣田的勘探開發過程中，伴生氣中的H2S來源主要是地層中存在的或鉆井過程中鉆井液熱分解形成H2S，以及油氣井中存在的硫酸鹽還原菌不斷釋放出H2S氣體。除了含H2S外，通常還有水、CO2、鹽類、殘酸以及開采過程進入的氧等腐蝕性雜質，所以它比單一的H2S水溶液的腐蝕性要強得多。油氣田設施因H2S引起的腐蝕破壞主要表現有如下類型。
??? (1) 均勻腐蝕
??? 這類腐蝕破壞主要表現為局部壁厚減薄、蝕坑或穿孔，它是H2S腐蝕過程陽極鐵溶解的結果。
? ??(2) 局部腐蝕
? ??在濕H2S條件下，H2S對鋼材的局部腐蝕是石油天然氣開發中最危險的腐蝕。局部腐蝕包括點蝕、蝕坑及局部剝落形成的臺地侵蝕、氫致開裂(HIC)、硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)、氯化物應力分離腐蝕開裂及微生物誘導腐蝕(MIC)等形式的破壞。
??? ① 點蝕是指在H2S環境中，均勻腐蝕形成的FeS鱗皮與基體Fe形成電極對，這主要是由于具有半保護性的FeS膜自身對基體覆著不完整造成的，這種電極對會對鋼材形成鍍點腐蝕，嚴重時會導致穿孔，這主要是腐蝕過程中鋼基體形成鍍點處腐蝕介質pH降低造成的。
??? ② 蝕坑及臺地侵蝕?是指點腐蝕發展到較大區域，形成的肉眼可以看到的材料表面的腐蝕坑，臺地侵蝕是成片的點腐蝕連成片，出現局部腐蝕加快形成的較大面積的腐蝕臺階狀的表面形貌。
??? ③ 氫致開裂(HIC)? 在對低合金高強度鋼在濕硫化氫環境中開裂機理的研究基礎上，目前一般認為濕硫化氫引起的氫致開裂有以下四種形式。
??? a. 氫鼓泡(HB)? 鋼材在硫化氫腐蝕過程中，表面的水分子中產生大量氫原子，析出的氫原子向鋼材內部滲入，在缺陷部位(如雜質、夾雜界面、位錯、蝕坑>聚集，結合成氫分子。氫分子所占據的空間為氫原子的20倍，于是使鋼材內部形成很大的內壓，即鋼材內部產生很大的內應力，使鋼材的脆性增加，當內部壓力達到103～104MPa(104～105atm)就引起界面開裂，形成氫鼓泡。氫鼓泡常發生于鋼中夾雜物與其他的冶金不連續處，其分布平行于鋼板表面。氫鼓泡的發生并不需要外加應力。
??? b. 氫致開裂(HIC)? 在鋼的內部發生氫鼓泡區域，當氫的壓力繼續增高時，小的鼓泡裂紋趨向于相互連接，形成有階梯狀特征的氫致開裂。鋼中MnS夾雜的帶狀分布增加HIC的敏感性，HIC的發生也不需要外加應力。
??? c. 應力導向氫致開裂(SOHIC)? 應力導向氫致開裂是在應力引導下，使在夾雜物與缺陷處因氫聚集而形成的成排的小裂紋沿著垂直于應力的方向發展，即向壓力容器與管道的壁厚方向拳展。SOHIC常發生在焊接接頭的熱影響區及高應力集中區。應力集中常為裂紋狀缺陷或應力腐蝕裂紋所引起。
? ??④ 硫化物應力腐蝕開裂(SSCC)? 硫化氫產生的氫原子滲透到鋼的內部，溶解于晶格中，導致脆性，在外加拉應力或殘余應力作用下形成開裂。SSCC通常發生于焊縫與熱影響區的高硬度區。
??? ⑤ 氯化物應力腐蝕開裂?這種開裂由氯離子誘發產生，硫離子的存在對氯離子有促進作用，加速金屬的腐蝕。
??? ⑥ 微生物誘導腐蝕(MIC)? 在含H2S的濕環境中，微生物尤其是硫酸鹽厭氧還原菌的活動，會促使鋼材產生陽極極化，會誘發嚴重的點蝕，且會促進與氫相關的氫致開裂及含硫化物的應力腐蝕發生(SSCC)。
??? 4. H2S腐蝕的影響因素
??? (1) 均勻腐蝕
??? ① 腐蝕破壞的特點含H2S酸性油氣田使用的鋼材絕大部分是碳鋼和低合金鋼。于是在酸性油氣系統的腐蝕中，H2S除作為陽極過程的催化劑，促進鐵離子的溶解，加速鋼材質量損失外，同時還為腐蝕產物提供S2-，在鋼表面生成硫化鐵腐蝕產物膜。對鋼鐵而言，硫化鐵為陰極，它在鋼表面沉積，并與鋼表面構成電偶，使鋼表面繼續被腐蝕。因此，許多學者認為，在H2S腐蝕過程中，硫化鐵產物膜的結構和性質將成為控制最終腐蝕速率與破壞形狀的主要因素。
??? 硫化鐵膜的生成、結構及其性質受H2S濃度、pH、溫度、流速、暴露時間以及水的狀態等因素的影響。對從井下到竺粵警個油氣開采系統來說，這些因素都是變化的，于是硫化鐵膜的結構和性質及其反映出的保護性也就各異。因此，在含H2S酸性油氣田上的腐蝕破壞往往表現為由點蝕導致局部壁厚減薄、蝕坑或/和穿孔。局部腐蝕發生在局部小范圍區域內，其腐蝕速率往往比預測的均勻腐蝕速率快數倍至數十倍，控制難度較大。
?? ?② 影響腐蝕的因素
? ??a. H2S濃度? H2S濃度對鋼材腐蝕速率的影響如圖5-1-2所示。軟鋼在含H2S蒸餾水中，當H2S含量為200～400mg/L時，腐蝕率達到最大，而后又隨著H2S濃度增加而降低，到1800mg/L以后，H2S濃度對腐蝕率幾乎無影響。如果含H2S介質中還含有其他腐蝕性組分，如CO2、Cl-、殘酸等時，將促使H2S對鋼材的腐蝕速率大幅度增高。
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??? H2S濃度對腐蝕產物FeS膜也具有影響。有研究資料表明，H2S為2.0mg/L的低濃度時，腐蝕產物為FeS2和FeS；H2S濃度為2.0～20mg/L時，腐蝕產物除FeS2和FeS外，還有少量的Fe9S8生成；H2S濃度為20～600mg/L時，腐蝕產物中Fe9S8的含量最高。
??? b. pH? H2S水溶液的pH將直接影響鋼鐵的腐蝕速率。通常表現在pH為6時是一個f臨界值。當pH小于6時，鋼的腐蝕率高，腐蝕液呈黑色、渾濁。NACET-1C-2小組認為氣井底部pH為6±0.2是決定油管壽命的l臨界值。當pH小于6時，油管的壽命很少超過20年。
??? pH將直接影響著腐蝕產物硫化鐵膜的組成、結構及溶解度等。通常在低pH H2S溶液中，生成的是以含硫量不足的硫化鐵，如Fe9S8為主的無保護性的膜，于是腐蝕加速；隨著pH的增高，FeS2含量也隨之增多，于是在高pH下生成的是以FeS2為主的具有一定保護效果的膜。
c. 溫度?溫度對腐蝕的影響較復雜。鋼鐵在
H2S水溶液中的腐蝕率通常是隨溫度升高而增大。有實驗表明在10%的H2S水溶液中，當溫度從55℃升至84℃時，腐蝕速率大約增大20%。但溫度繼續升高，腐蝕速率將下降，在110～200℃之間的腐蝕速率最小。
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危險化學品目錄（2015版）
