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CO2腐蝕

一、概述

CO2腐蝕是油氣田最常見的腐蝕形式之一，當CO2溶于水或原油時，會具有很強腐蝕性，從而對集輸管線和井下油套管產生嚴重的腐蝕。因此，CO2腐蝕已成為油氣田腐蝕與防護面對的重要問題。

二、CO2腐蝕的危害

1 均勻腐蝕

CO2形成全面腐蝕時，材料主要以均勻腐蝕為主。一是溫度在60℃以下，鋼鐵材料表面存在少量軟而附著力小的FeCO3腐蝕產物膜，金屬表面光滑，以均勻腐蝕為主；二是CO2分壓低于0.483×10-1MPa時，易發生均勻腐蝕。

2 局部腐蝕

局部腐蝕是相對于均勻腐蝕而言的， CO2引起的局部腐蝕有如下形式：

點蝕：腐蝕區出現凹孔且四周光滑；

蜂窩狀腐蝕：腐蝕區有多個點蝕孔分布；

臺地侵蝕：會出現較大面積的凹臺，底部平整，周邊垂直凹底；

流動誘發局部腐蝕：由臺地侵蝕發展而來，流動會誘使臺地侵蝕區形成凹溝，平行于物流方向的刀線槽溝。

三、CO2腐蝕的機理

1 均勻腐蝕機理

CO2溶于水形成H2CO3，并與Fe反應造成Fe的腐蝕。其中陽極過程為鐵失去電子變成鐵離子的過程。多數觀點認為在腐蝕反應中，陰極反應控制腐蝕速率，目前對CO2腐蝕陰極反應主要有兩種觀點：其一認為是非催化氫離子陰極還原反應；其二認為發生了氫離子催化還原反應，還原反應主要以H+和HCO3-為主；本質上這兩種都是CO2溶解后形成的HCO3-電離出H+的還原過程。

總的腐蝕反應如圖： 

2 局部腐蝕機理

CO2局部腐蝕往往表現為局部穿孔及破損。研究認為，有如下四種局部腐蝕誘發機制：

臺地腐蝕機制：局部腐蝕先發生在小點，小點發展成小孔并連片。當腐蝕介質覆蓋小孔導致腐蝕產物膜破裂，形成臺地腐蝕。疏松的腐蝕產物形成物質傳輸通道后，也會加劇局部臺地腐蝕。 

流動誘導機制：腐蝕產物膜粗糙表面引起微湍流，剪切應力使得腐蝕產物膜局部變薄并出現孔洞，孔所對應的極低處變成了小陽極，產生局部腐蝕。

內應力致裂機制：當腐蝕產物膜的厚度增大到一定值后，膜內應力過大而導致膜的破裂，形成電偶腐蝕效應。

腐蝕產物膜破損機制：由于腐蝕產物膜與金屬基體的塑性能力差異，當產生環向壓力時，產物膜和基體變形程度不同導致膜破裂，形成電偶腐蝕效應。

未完待續  . . .

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