在石油行業(yè)，人們正在努力提高原油回收效率。例如，注入二氧化碳可以將原油的生產(chǎn)效率提高10%~15%。然而，隨著石油產(chǎn)量的增加，也面臨著更多的挑戰(zhàn)，管道腐蝕是其中之一。對(duì)于二氧化碳增強(qiáng)采收率（EOR）技術(shù)，生產(chǎn)油水混合物因高壓與二氧化碳過(guò)飽和而酸化，對(duì)管道和生產(chǎn)運(yùn)輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備造成嚴(yán)重的腐蝕，并且使得管道內(nèi)壁很容易結(jié)垢。所以考慮到CO₂-EOR生產(chǎn)系統(tǒng)中存在的實(shí)際問(wèn)題和DLC薄膜的優(yōu)點(diǎn)，有必要重點(diǎn)研究DLC薄膜在類(lèi)似工況條件下的性能。

在低碳鋼上沉積多層類(lèi)金剛石碳（DLC）薄膜，并模擬DLC膜層在CO₂增強(qiáng)采油條件下的耐腐蝕和抗結(jié)垢性能。在CO₂飽和溶液中，與未涂覆的管道相比，薄膜的腐蝕速率極低。說(shuō)明DLC薄膜可以有效地防止碳鋼受到長(zhǎng)期腐蝕攻擊，而且由于減少亞微觀缺陷的腐蝕產(chǎn)物的沉積，有效的阻止膜層表面結(jié)垢的產(chǎn)生。

利用乙炔氣體作為PIID工藝中的主要工作氣體來(lái)沉積ML-DLC薄膜。ML-DLC薄膜橫截面的掃描電鏡圖像如圖1所示?？梢杂^察到多層的結(jié)構(gòu)。通過(guò)SEM測(cè)量，第一碳化硅層（粘結(jié)層）為0.74 μm，第一DLC層和第二DLC層為1.1μm，第二碳化硅層和第三碳化硅層為0.37 μm，第三（上）DLC層為6 μm。所以總的ML-DLC大約是10 μm。

圖1 DLC膜層結(jié)構(gòu)

圖2顯示了在二氧化碳?jí)毫?.0 MPa的60℃高壓釜試驗(yàn)中，ML-DLC薄膜與未涂層的316L不銹鋼和20鋼的腐蝕速率。在這種情況下，測(cè)量到的未涂層20-鋼的腐蝕速率為1.2 mm/y，未涂層316L不銹鋼的腐蝕速率約為0.01 mm/y。在三個(gè)樣品上沉積的ML-DLC薄膜的腐蝕速率分別如圖2所示。數(shù)據(jù)分散在1.5~6.0μm/y，因此，在模擬CO₂-EOR鹽水中，20-鋼上沉積的ML-DLC膜的腐蝕速率小于0.01 mm/y，這的腐蝕速率甚至低于316L不銹鋼。如此極低的ML-DLC腐蝕速率清楚地顯示了其對(duì)CO₂飽和環(huán)境的高抗性。

圖2 不同試樣在CO₂飽和環(huán)境的腐蝕速率

如圖3所示。在溶液I條件下，20鋼和DLC薄膜的標(biāo)度略有差異。316L不銹鋼的結(jié)垢度遠(yuǎn)高于其他不銹鋼。在溶液II條件下，與未涂層的20鋼和未涂層316L不銹鋼相比，DLC膜在防止結(jié)垢形成方面的優(yōu)勢(shì)非常明顯。溶液III含最高的Mg²⁺、Ca²⁺濃度，更是突出了DLC薄膜在防止結(jié)垢形成方面的意義。因此，DLC膜可以有效抑制鹽垢的形成，特別是在高濃度鹽溶液條件下。

圖3 抗結(jié)垢測(cè)試結(jié)果

采用PIID方法制備了多層DLC薄膜（SiC/DLC）。

1. 在二氧化碳飽和溶液中，DLC膜優(yōu)于未涂層的低碳鋼和未涂層的316L不銹鋼。觀察到DLC膜的腐蝕速率極低，且小于0.01 mm/y。

2. 抗結(jié)垢試驗(yàn)表明，DLC膜對(duì)防止鹽垢形成是有效的，尤其是在高濃度的鹽溶液中效果更明顯。

3. DLC薄膜的這些優(yōu)點(diǎn)表明，它適用于防止管道在CO₂-EOR現(xiàn)場(chǎng)條件下的腐蝕和結(jié)垢。

Wang Z M, Zhang J, Han X, et al. Corrosion and salt scale resistance of multilayered diamond-like carbon film in CO2 saturated solutions[J]. Corrosion science, 2014, 86: 261-267.