CO2腐蚀

一、概述

CO2腐蚀是油气田最常见的腐蚀形式之一，当CO2溶于水或原油时，会具有很强腐蚀性，从而对集输管线和井下油套管产生严重的腐蚀。因此，CO2腐蚀已成为油气田腐蚀与防护面对的重要问题。

二、CO2腐蚀的危害

1 均匀腐蚀

CO2形成全面腐蚀时，材料主要以均匀腐蚀为主。一是温度在60℃以下，钢铁材料表面存在少量软而附着力小的FeCO3腐蚀产物膜，金属表面光滑，以均匀腐蚀为主；二是CO2分压低于0.483×10-1MPa时，易发生均匀腐蚀。

2 局部腐蚀

局部腐蚀是相对于均匀腐蚀而言的， CO2引起的局部腐蚀有如下形式：

点蚀：腐蚀区出现凹孔且四周光滑；

蜂窝状腐蚀：腐蚀区有多个点蚀孔分布；

台地侵蚀：会出现较大面积的凹台，底部平整，周边垂直凹底；

流动诱发局部腐蚀：由台地侵蚀发展而来，流动会诱使台地侵蚀区形成凹沟，平行于物流方向的刀线槽沟。

三、CO2腐蚀的机理

1 均匀腐蚀机理

CO2溶于水形成H2CO3，并与Fe反应造成Fe的腐蚀。其中阳极过程为铁失去电子变成铁离子的过程。多数观点认为在腐蚀反应中，阴极反应控制腐蚀速率，目前对CO2腐蚀阴极反应主要有两种观点：其一认为是非催化氢离子阴极还原反应；其二认为发生了氢离子催化还原反应，还原反应主要以H+和HCO3-为主；本质上这两种都是CO2溶解后形成的HCO3-电离出H+的还原过程。

总的腐蚀反应如图： 

2 局部腐蚀机理

CO2局部腐蚀往往表现为局部穿孔及破损。研究认为，有如下四种局部腐蚀诱发机制：

台地腐蚀机制：局部腐蚀先发生在小点，小点发展成小孔并连片。当腐蚀介质覆盖小孔导致腐蚀产物膜破裂，形成台地腐蚀。疏松的腐蚀产物形成物质传输通道后，也会加剧局部台地腐蚀。 

流动诱导机制：腐蚀产物膜粗糙表面引起微湍流，剪切应力使得腐蚀产物膜局部变薄并出现孔洞，孔所对应的极低处变成了小阳极，产生局部腐蚀。

内应力致裂机制：当腐蚀产物膜的厚度增大到一定值后，膜内应力过大而导致膜的破裂，形成电偶腐蚀效应。

腐蚀产物膜破损机制：由于腐蚀产物膜与金属基体的塑性能力差异，当产生环向压力时，产物膜和基体变形程度不同导致膜破裂，形成电偶腐蚀效应。

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