国内某海上油田腐蚀原因分析

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国 内某海上油 田腐蚀原 因分析
谭博墉 （ 亿利科 能源科技 发展股份 有限公 司，天津 ３ ０ ８ ） ０ ３４
０概 述
通 过对 国内油 田存在 的主要 腐蚀 因素的 了解 ， 针对 该海上 油 田制定 了相关 的腐蚀 检测计 划 ，该油
田主要 包 含两 个 井 口平 台和 一个 Ｆ Ｓ Ｐ Ｏ，主 要检 测
对性的合理的解决措施 。 为方 便分析 与讨论 ，将 该油 田的两个 平台分 别 以Ａ、Ｂ 为名进 行分析 。
目前在油气工业 中根据 Ｃ Ｏ 分压判 断Ｃ 腐蚀性 Ｏ： 的经验规律 （ ｒｎ Ｈ ｒｈ Ｃ ｏ ￣ Ｍａｃ等学者 经过 大量的研究认 为 ）如下 ：
（ ）当Ｃ 分压低 于０ ２ ＭＰ ３ ｓ）时 ，腐 １ Ｏ２ ． １ ａ（ ｐｉ ０
蚀可 以忽略 ；
１腐蚀 因素分析
１１ 单 井气 相硫 化氢 的检 测 ．
油 田的主要 腐蚀 介质来 自于地 层 中的流体 ，因
（ ）当Ｃ 分 压 为００ １ ．１ＭＰ （ ～３ ２ Ｏ２ ．２ ～０２ ａ ３ ０ ｐｉ ｓ）时 ，中等腐蚀 ； （ ）当Ｃ ３ Ｏ 分压高于０２ ａ （０ｐｉ ． ＭＰ ３ ｓ）时 ，严 １
…源自文库
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Ｃ
对 Ｃ 好 的耐 蚀性 能 ，对 于 Ｃ 度 高 、温 度 Ｏ 有较 ’ Ｏ浓 。 。’ 。 一
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３［ Ｃ～ ｃ
高、ｃ一 １ 浓度高的环境，可以考虑选用１ ｒ７ ｉ Ｃ １Ｔ、
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、
：
２ Ｃ５ ３ ２ ｒＭｏ Ｎ等不锈 钢 。双金 属复合 管
很小 。
单 井气相 硫化氢 与二 氧化碳 的含量 ；水 中溶解性 气
体如 溶解氧 、溶 解硫化 氢 、溶解的 二氧化碳 含 量检
测 ；油 、水 样分析 ；生 产工 艺参数温 度 、压力 、流 速分 析等 ；结合现 场失 效管 段的宏观 观察 、扫描 电 镜分析 、ｘ 射线成分衍射分析 、原 子能谱 分析、腐蚀 产物分 析等 失效分 析方 法 ，对 油 田生 产 系统存在 的
速度共 同决定 ，因此 ，金 属表面 光滑 ，主要发 生均 Ｎａ 、Ｍｇ 、Ｃ 、Ｓ ｉ 及Ｃ、０等 元素 ，且并 无本 ａ 、Ｓ 以
匀腐蚀 ，钢 的腐蚀速率 出现 第一个极 大值 （ 含Ｍｎ 钢 质区 别 ，但在 针孔 以及 闭 口形蚀 坑 内ｃ 等 比较 高 。 ｌ 在４ ￣ ０Ｃ附近 ，含ｃ 钢在６ ℃附近 ）；当温度高于６ ￣ ｒ ０ ０Ｃ 由Ｓ Ｍ照片可 见光滑蚀 坑 内表 面腐蚀 产物较 少仅表 Ｅ 时 ，金属表 面可生成具有一定保护性 的腐蚀产物膜 ， 面附 着一 些浮锈 ，坑 内ｃｌ 含量 较 闭 口形蚀坑 中低 ，
研究结果显示 ，温度是Ｃ Ｏ 腐蚀的重要参数 ，在 观察与能谱分 析。见图５ 。 ６￣ ０Ｃ附近Ｃ Ｏ 腐蚀在动 力学 上有质的变化。当温度低 由扫 描 照片 可 见 ：绝 大 多数 蚀 坑 内腐 蚀 产物
于６ ￣ ，材料表 面不能形成保护性 膜 ，腐蚀速度是 结 构 疏 松 ，成分 分 析 结 果 表 明 ：各 种 蚀 坑 以 及 蚀 ０ Ｃ时 由Ｃ Ｏ 水解生成 碳酸的速 度和ｃ ０ 扩散至金 属表 面的 坑 不 同部 位处 的 腐蚀 产物 中均含 有Ｆ 、Ｍｎ １ ｅ 、Ｃ 、
１ 蚀 坑
编号 位 置
化碳局部腐蚀 严重的温 度区间。
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和 ＳＯ２ ｉ 组成
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０ｌ ＶＬ５０２ Ｅ． １ Ｉ Ｏ ２Ｎ． Ｃ２ １ １Ｄ Ｏ
Ｆ， ４ ，具有一定的保护性 ，则腐蚀速率较低 。 ｅ 膜 ０ 通过 对两个 平台所 有单井温 度进 行统计分 析 ， 所有的单井温 度均处 于６ ～１０Ｃ范围内 ，属于二氧 ０ ２￣ 果见表２ 、图６ 。 表２ 腐蚀产物Ｘ 射线衍射分析结果表 主要 晶体 组成
主 要 由Ｆ Ｃ 、 Ｆ 、 Ｆ ２ 、 Ｆ ３ ｅ Ｏ３ ｅＳ ｅＯ３ ｅＯ４
当气 体总压 （ 对 ）等于 或大 于０４ ＭＰ ，硫 绝 ．５ ａ
化氢分 压等于或大于０ ０ ３ ５ ａ ，称为酸性天然 ． ０ ４ ＭＰ 时 ０ 气 ，该 天然 气可 引起敏感材料发生Ｓ Ｃ。 Ｓ
从检测数据 可以看 出Ａ、Ｂ 台单 井产气量都 比 平 较 小 ，单井Ｈ ｓ 分压均处于 小于００ ０ ４ ＭＰ 的范 围 ． ３５ ａ ０ 内，说 明为非酸性 气体 ，引起材料发生Ｓ Ｃ Ｓ 的可能性
１４ 工 艺参 数分析 ．
以及流速进行 了统计分析。见图３ 。
碳 腐蚀形 貌 。而 宏观 、光学 显微镜 和扫描 电镜观 察
发生 了闭塞 电池 的 自催化腐蚀 。见图４ 。
针对 工艺参 数 ，我 们对腐 蚀影 响比较大 的温 度 蚀 坑均 呈现 “ 口小底 大 闭 口形”特 征 ，说 明蚀坑 内
Ｈ 浓度 ）／ ０ ／ ０ ０ Ｓ １】 １０
为进 一步 分析该 油 田腐蚀 失效 的具体 原因 ，并
经检测 ，水 中溶 解性 二氧 化碳 含量Ａ平 台在５ 对腐 蚀检测 的结果 进行 验证 ，我们对 井 口腐蚀穿 孔 Ｏ
～
１５Ｘ１ ， Ｂ 台 为８ ０ ｌ 平 ０～１ ０Ｘ１ ～ Ｃ 一 ５ ０ ，Ｈ Ｏ，浓度 的管 段进行 了相 关的 失效分析 ，分析 的方 法包括 宏
２ Ｏ分 ．２ ＭＰ ，由 开裂金属材料要求 与Ｓ ／ ５ ９ １９ 天然气地面 中等腐 蚀 ；只有Ｂ１ 井Ｃ 压低 于００ １ ａ Ｙ Ｔ０ ９ —９ ７
设施抗 硫化 物应 力开裂技 术材 料要 求 两 个标 准 中 Ｃ Ｏ 引起腐蚀影响较小 。 Ｂ 台Ｃ ２ 量Ｉ Ａ平台高 ， 并且 Ｃ 平 Ｏ含 ： Ｌ Ｏ 分压 大于 都 做 了明 确 规 定 。
此 ，我们对 两个平 台 的所 有单 井进行 了气相 硫化 氢 重腐蚀 。 通 过 现 场 对 气 相 二 氧 化碳 的检 测 与 分 析 ，我 与二 氧化碳 的检测 ，结 合 国内外相关 标准进 行 了详
尽 的分析 。
们发 现二 氧化碳 的含量 都处于 比较 高的范 围内 ，如
。根 据经 验规 律 ，Ａ平 台４ 口单 井ＣＯ 分 压大 于 首 先 是 单 井 气 相硫 化 氢 的检 测 ，硫 化 氢 引起 图２ ２ Ｏ 分压大于０２ ＭＰ ，可 ． １ ａ 的腐 蚀类 型主要 有 ：氢鼓泡 （ ） ＨＢ ，氢致 开裂（ Ｉ ） ０２ ＭＰ ，Ｂ Ｈ Ｃ ， ．１ ａ 平台 １ 口单井Ｃ ２ ８ Ｏ 硫 化 物 应 力腐 蚀 开 裂（ Ｓ Ｃ） Ｓ Ｃ ，应 力导 向氢 致 开 裂 能会 发生严重的二氧 化碳腐蚀 ；Ａ平台 １ 口单 井Ｃ
腐蚀速度又穿过 阻挡成传 质过程决定 ，即腐蚀产物膜 但 元素组 成与其 他类 型蚀坑 内表面 腐蚀产 物基 本一 的渗透 率 、腐蚀 产物 膜本 身 固有 的溶解 度和介 质流 致 ，没有本质 区别 。
速 的联合作用而 定。温度在６ ～１ＯＣ范 围，腐蚀产 ２３ ｘ ｌ线衍 射分 析 ０ Ｉ￣ ． ￣ ， ｌ
作 者 简介 ：谭博墉 （９ ７ １ ７ 一）， 男，山东威 海人 ，部 门副经理 ，助理 工程 师，学士 学位 ，主要研
究 方 向 为原 油开 采及 处 理 过 程 的腐 蚀 监 检 测技 术 。
全面腐蚀控 制 第２ 卷第１ 期２ １ 年１ 月 ５ ２ ０１ ２
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刷 腐 蚀 材 料 （ 合 金 材 料 等 ） 增 加 腐 蚀 裕 量 及 米 用 如 、
图６ 失效短节 内壁表面ｘ 射线衍射 图谱解析 腐蚀 产物 的主要成分是Ｆ ｃ ），说 明腐蚀是 以二 ｅ（ ３ 氧化碳腐蚀为主 。
４ 倍管径大 曲率弯头。 ～５ （ ）降低流速 ，在生产 中，流速往往是 唯一 可 ３ 以控 制的力学指标 ，在其它条件 不变的情况下 ，控制
腐蚀 因素进 行 了全 面 的检测 与分析 ，最后 得 出油 田
１ 单井气相二氧化碳的检测 ． ２
干 燥的Ｃ 气体是没 有腐蚀性的 。当Ｃ Ｏ： Ｏ 溶解在
水 中，会促进钢铁 发生电化学腐蚀 。Ｃ 腐蚀机理模 Ｏ：
型参 见图１ 。
腐蚀 的原 因与存在 的主要 腐蚀 类型 ，从而提 出有 针
由水 中溶 解的硫 化氢 与二氧 化碳 引起 的腐 蚀速率 在 ２１ 宏 观观察 ．
中度腐蚀到严重腐蚀的范 围内。 通过 宏观观 察和 电子显微 镜观察 ，造成 腐蚀 失 ＮＡ Ｅ Ｃ 在标准Ｒ 一７ ５２ ０ 中对腐蚀程度进行 了 效 的主要腐 蚀形 态为坑蚀 ，而 放大镜 下观 察 ，蚀坑 Ｐ０ ７ —０ ５ 较 为详细的规 定 ，参见表 １ 。 内具 有 明显的 台阶状腐 蚀形貌 ，属 于典 型的二氧 化
物 为厚而松［ Ｆ Ｃ 结晶 ，不均匀 、易破损 ，均匀 ￣ ｅ Ｏ粗 Ｊ 在 失效 管 段 较 平 整 处 取 样 进 行 ｘ射 线 衍 射 分
腐蚀速 度高 ，局部腐 蚀严 重 （ 孔 ）。而 当温 度高 析 ，并将ｘ 线衍 射分析 测试结 果与管内壁能谱元素 深 射
于 １０Ｃ时 ，生 成细致 、紧密 、附 着力强的Ｆ Ｃ 和 分析结果相结合 ，管 内壁腐蚀产物ｘ射线衍射分析结 ５￣ ｅ Ｏｓ
分别为３ ６Ｘ１ １ ３ ０ ，Ｈ Ｓ Ｉ Ｓ 未检 出 ，计 观观 察 、电子 显微镜 观察 、扫描 电镜观 察 、金 相组 ８ ０ ￣ ４ ８Ｘ１ ～ ￣ Ｈ 算得 出Ａ、Ｂ平 台水相 腐蚀 速率 分 别为００ ８ ｍｍ／ 织分析 、ｘ 线腐蚀产物分析 、原子能谱分析等 ，具 ． ６ ８ ａ 射 ０１ ３ ｍｍ／、０１ ３ ｍｍ／ ０１３ ｍｍ／。可 以看出 体分析结果如下 ： ． ６ ５ ａ ．２ ８ ａ ． ８ ａ ～ ９
井中含有 一定的泥砂 ，Ｂ 台原油含沙量 比Ａ平台原 见异常 。 平
油大 ，并且流速也 Ｉ Ａ 台原油 流速大 ，如 图５ ： 平 Ｌ ，产 生的冲刷腐蚀要Ｉ Ａ ： 平台生产系统严重。 Ｌ
利 用扫描 电子 显微 镜 （ Ｅ Ｓ Ｍ）对 穿孔管 段内壁 有蚀坑 和无蚀坑 部位 的表 面腐蚀 产物进 行微观 形貌
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是 碳 管 基 ，分 挥 钢优 的械 以钢为材充发碳管 良机力
学性能 和廉价 特性 ，以 耐腐蚀 合金材 料为 腐蚀覆 盖 层 ，从 而使其 具有 优异 的耐蚀性 和优 良的机 械 力学 性 能 ，造价 只有不锈钢管造价 的１ ～１ ／ ／ ３ ４。 （ ）从改 善设计角度 ，优化井 口流程 ，尽 量减 ２ 少使 用弯头 、三 通 ，冲 刷腐蚀 的重 点部位 选用抗 冲
Ａ平台 １ 口单 井的介 质流速 超过 ３ ／，０ ６ ｍ ｓ２ 口单 井 ２２ 金 相组 织分 析 ．
中含有一 定的 泥砂 ，对弯头 、三通 等部位 造成 冲刷 通过 对井 口腐蚀 穿孔管 线短节 的金相 组织分 析 腐蚀 ，Ｂ 台２ 口单井 的介质流速超过 ３ ｓ ２ 口单 可 见 ：金相 组织 均为铁 素体 ＋珠光 体 ，组 织结构 未 平 ５ ｍ／， ８
． ＭＰ － ．１ ａ ２ 平 ５ （ＯＨ Ｃ ，根据Ｎ Ｃ 一１７ （９０ Ｓ Ｉ） Ａ ＥＭＲ０ —５ １８ 年修订 ）对含 分压 均处于００ １ ａ ０２ ＭＰ 之 间 ，Ｂ 台１ 口单 Ｏ分 ． ＭＰ ～０２ ＭＰ 之 ２ 硫 油 气 田使 用 了新 的标 准 油 田设备 抗硫 化物应 力 井Ｃ ２ 压在００ １ ａ ．１ ａ 间 ，可能会发生