一种在水系统中金属体上原位形成防蚀涂层的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供一种在水系统中金属体上原位形成防蚀涂层的系统和方法，涉及油田金属制品腐蚀控制技术，该系统包括：连接电源用于产生具有时变频率的电磁波的发生器、分别包括与发生器电连接且相互分开以及接触水的两套处理单元的一套或多套处理组件，每套处理单元包括串联的感应线圈负载和容性负载，时变频率电磁波施加在两套处理单元上以在水中产生感应电场、电容电场和离子波流协同效应，从而将水的能量激发至氧化电位足以诱导产生金属前体离子并与羟基发生反应的氧化态，从而在金属制品表面上原位形成钝化金属氧化物或盐作为防蚀涂层。涂层。涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种在水系统中金属体上原位形成防蚀涂层的系统和方法


[0001]本专利技术涉及油田金属设备防腐
，特别涉及一种在水系统中金属体上原位形成防蚀涂层的系统和方法。

技术介绍

[0002]注水广泛用于枯竭的油藏/油井、页岩油和砂油，以提取土壤/页岩/砂颗粒之间的剩余油。虽然水是用于此类应用的最可行的介质，但由于金属结构与水循环系统中的水接触，确实会出现许多相关的腐蚀问题。其中，钢和金属结构最常见和最严重的腐蚀故障是由于土壤/页岩/砂中的硫酸盐还原菌（SRB）造成的，这可能导致石油生产停止/损失，也会导致较高的更换/维护成本。SRB所造成钢或金属物的高腐蚀率导致频繁和长时间的石油生产停工，特别是当金属物品位于防爆区域时。腐蚀管道/储罐/设备的更换成本也非常昂贵。更重要的是，MIC导致的一些灾难性结构故障可能导致灾难性环境污染和破坏性后果，如石油泄漏或火灾危险。
[0003]在注水采油过程中，由于有利的地下环境，注水流经SRB稠密的土壤/页岩/砂层。这些SRB细菌通过有效利用铁作为电子供体来促进其硫酸盐到硫化物的还原代谢，从而获得代谢能量。
[0004](4Fe0
ꢁ→ꢁ
4Fe2+
ꢁ
+
ꢁ
8e
‑
) (8e
‑ꢁ
+
ꢁ
SO42
−ꢁ
+
ꢁ
9H+
ꢁ→ꢁ
HS
‑ꢁ
+
ꢁ
4H2O)
⁺
虽然SRB代谢需要电子供体来引发反应，但环境中有许多可能的电子供体来源，但注水井系统中最丰富的电子供体元素是铁。铁是最重要的氧化还原金属之一。它有Fe0, Fe
⁺⁺
, 和Fe
⁺⁺⁺
氧化/还原状态。这使得它成为SRB最丰富的电子供体源，用于其代谢过程。然而，当铁被SRB用作电子供体时，裸钢以Fe
⁺⁺
的形式解离，因此发生腐蚀。最糟糕的情况是，当注入水通过地下时，大量SRB将从地下地层中被拾取流经地表上的金属管道。
[0005]尽管化学处理是处理注水的常用标准操作，但用于注水井采油仍然一直存在若干问题。
[0006]包括全面腐蚀和例如SRB腐蚀等微生物腐蚀在内的腐蚀问题以及高成本化学处理和环境问题。
[0007]接触注水井水的钢材表面，例如储水罐内表面和底部以及水管内表面都会遭受不同程度的腐蚀破坏。
[0008]对于氧腐蚀等全面腐蚀问题，现有技术的化学处理使用阳极或阴极防蚀剂解决此类腐蚀问题，但磷酸盐防蚀剂等多数防蚀剂会促生细菌或者对环境产生负面影响。对于SRB腐蚀控制，化学处理通常使用具有强氧化性的杀虫剂化学品杀死水中的SRB，但效果并不令人满意。
[0009]防蚀化学品和强氧化性杀虫剂化学品或者毒性化学品通常组合使用，用于抑制钢材腐蚀和减轻SRB腐蚀。但是化学品消耗成本非常高，效果存在局限性。
[0010]大致上，除了溶解氧以外，水中含有的高含量氯离子也会引起点蚀和局部腐蚀。
H2S，通常在SRB还原水/土壤中的硫酸盐时产生，也会导致注水井结构发生严重腐蚀。
[0011]现今，业内通常使用化学品解决这些腐蚀问题，但若闭环系统中同时存在氧腐蚀和微生物腐蚀时，化学处理溶液会相互抵触。防蚀剂特别是磷酸盐防蚀剂与氧化性杀虫剂的效果相互抵触。对微生物而言，已知磷酸盐是一种良好的营养物质，会促进细菌生长。而杀虫剂则用于杀死细菌，当使用强氧化性杀虫剂时，它们也会氧化和侵蚀钢管和结构。一旦发生更多腐蚀，会加入更多磷酸盐营养性防蚀剂控制腐蚀，但这会导致更多细菌生长，从而需要加入更多杀虫剂以控制微生物，因此变为一个恶性循环。
[0012]防蚀剂化学品的效果在很大程度上受到剂量浓度和方法的控制。阴极或阳极防蚀剂的工作原理是在水中的阳极或阴极钢材腐蚀原电池表面上产生腐蚀保护膜，但保护膜的形成和厚度依赖对剂量浓度的控制。保护膜会遭受水特别是注水井水携带泥沙或其它侵蚀性颗粒物的损坏。这些保护膜损坏会导致甚至更严重的局部腐蚀。
[0013]与水系统中的常见微生物多为好氧细菌不同，SRB是厌氧细菌。它们在含氧量极低的浸钢结构中繁殖聚集，例如裂缝、凹坑内、涂层下、防蚀剂膜、接头、生物膜、滞留死角等。这些区域会聚集SRB，而杀虫剂难到达。尽管次氯酸盐会在水中产生强氧化性环境，但它渗入生物膜以杀死生物膜中SRB的效果有限，因此杀虫剂处理控制SRB腐蚀的功有限损。
[0014]人们发现：即使水中的SRB量较少，但若生物膜、裂缝、凹坑等结构中出现SRB，SRB聚集地也会导致严重的微生物腐蚀。因此，水中SRB含量低、但水系统中发生严重SRB腐蚀的情况在水系统中很常见。
[0015]除了化学品方法以外，还可采用其它物理方法控制腐蚀。但许多技术因存在局限而不用于注水井。这些物理方法包括外加电流阴极防护（CP）法和牺牲阳极系统法。CP法存在许多局限性和缺点，特别是用于保护管道内部时。这是因为各阳极的覆盖长度很短，不适于长管道内部作业。另外，它对于解决裂缝/点蚀和SRB防蚀无效。因此CP法不用于注水。
[0016]除此以外，人们还开发了其它防蚀方法，例如新加坡专利SG148149A1使用感应线圈产生的AC交流时变波电磁波，对水进行处理，从而在接触处理水的钢材表面上产生四氧化三铁，从而保护钢材。但形成的四氧化三铁锈是分散且不均匀的。该方法使用时变波水处理无法解决SRB腐蚀问题，对注水井应用无效。
[0017]感应线圈产生时变电磁波处理的腐蚀控制工作原理是增加钢材所暴露于水环境的能量。此时为了形成四氧化三铁，必须按顺序发生以下反应和条件。
[0018]首先，钢（Fe）必须被氧化为Fe
2+
，即：Fe
ꢀ→ꢀ
Fe
2+ + 2e
⁻ꢀꢀ
(1)（Fe丢失两个电子为氧化，Fe被溶解为Fe
2+
时，钢材表面发生金属损失或腐蚀。）Fe
2+
离子可以在水中自由流动或者停留在钢材表面上或者被吸引至相邻的阴极电极表面上。若Fe
2+
离子遇到水中或钢材表面上的OH
‑
离子，它们将通过以下反应形成氢氧化物。
[0019]然后，在时变电磁波赋能的高能水环境中，
ꢀꢀ
产物在室温下变为。
[0020]根据上述顺序反应，产生四氧化三铁必须首先得有前体Fe
2+
离子，然后它与水中的
羟基离子发生反应，然后才能够产生四氧化三铁。水中含有羟基离子，但注水井水系统中的钢材表面多数为裸钢，它是Fe0而不是Fe
2+
离子。如果表面是Fe0而不是Fe
2+
离子前体，即使时变电磁波一直为水提供能量，也不会产生四氧化三铁。但这种裸露的表面非常敏感，SRB存在时最容易受到SRB腐蚀的影响。
[0021]因此，当水环境处于轻微氧化态时，此时的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在水系统中金属体上原位形成防蚀涂层的系统，其特征在于，其包括：用于产生具有时变频率的电磁波的发生器；连接至发生器的电源装置，用于对发生器施加驱动电压，驱动产生电磁波和对一套或多套处理组件施加时变频率电磁波，每套组件包括分开放置和用于接触水的两个处理单元；其中，每个处理单元包括串联的感应线圈负载和容性负载，从而对两个处理单元施加时变频率电磁波，产生以下一种或多种协同效应：在各线圈负载内或周围产生时变电感电场，在两套处理单元的容性负载上产生电容电场，以及在水中以脉动时变方式在两套处理单元之间传播的离子波流，从而为水提供能量，将其变为氧化态，具有足以诱导产生与水中羟基发生反应的金属前体离子的氧化电位，从而在金属制品表面上原位形成钝化金属氧化物或盐，作为防蚀涂层。2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，提供一个旁路开关，在两套处理单元之间产生旁路通路，使两套处理单元的容性负载短路。3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，两套处理单元的间距范围为2mm至20mm。4.根据权利要求3所述系统，其特征在于，将多套处理组件在处理仓内组装到一起，以增强容性近场。5.根据权利要求1所述系统，其特征在于，两套处理单元相互远离，以产生阻性远场。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述系统，其特征在于，通过在水中产生正氧化还原电位偏移产生氧化态水。7.根据权利要求6所述系统，其特征在于，正氧化还原电位偏移至超过+200 mV。8.根据权利要求1
‑
5任一项所述系统，其特征在于，容性负载为板状、杆状、管状或网状。9.根据权利要求1
‑
5任一项所述系统，其特征在于，发生器结构可产生直流偏置时变频率脉动电磁波，该电磁波包含交流和偏置直流分量。10.根据权利要求1
‑
5任一项所述系统，其特征在于，电磁波的频率范围从200Hz至1,000,000Hz，电磁场的扫描频率为10 Hz至100Hz。11.根据权利要求1
‑
5任一项所述系统，其特征在于，金属制品为铁制品，诱导前体离子为Fe
2+
离子，该离子与羟基发生反应，在铁制品上产生钝化四氧化三铁作为防蚀涂层。12.根据权利要求11所述系统，其特征在于，铁制品是油田用油井维护设备。13.根据权利要求1
‑
5任一项所述系统，其特征在于，金属制品为铜制品，诱导前体离子为Cu
+
离子，该离子与羟基发生反应，在铜制品上产生钝化氧化亚铜作为防蚀涂层。14.根据权利要求13所述系统，其特征在于，诱导前体Cu
+
离子与羟基发生反应，形成铜制品表面上的钝化氧化亚铜内层与内层上的钝化氧化铜外层构成的复合涂层。15.根据权利要求1
‑
5任一项所述系统，其特征在于，选择电磁波频率激发金属制品，从而可以在金属制品表面上产生集肤效应，使电磁波可以在金属制品表面上传播。16.根据权利要求1
‑
5任一项所述系统，其特征在于，还进一步包括提高水氧化电位的方法，以促进形成前体离子。17.一种在水系统中金属体上原位形成防蚀涂层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚瑞麟，周辉煌，
申请(专利权)人：艺科水处理技术山东有限公司，
类型：发明
国别省市：