高压高产含H_2S天然气井管柱破坏机理探讨
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恰 好 可 以 支 撑 从 该 部 分 开 始 井 下 段 总 重 量 止 气 井 其 中：Ｐｃ２ ＨＳ 、Ｐ ２ ｏ —— 为Ｃ ２ Ｈ２分压 Ｏ、 Ｓ
Ｒ — 气体 常数 —
￡—— 反 应活 化能
Ｚ一 反 应频 度 因子 ＿
卜 ＨＳ 分压 有关 。
反 应环 境温 度 ，℃
管 柱 的 工 作 时 间 。根 据 木 桶 短 板 效 应 ，临 界 部 分 的 最 大 使 用 寿 命 正 是 气 井 管 柱 使 用 寿 命 。如 果 不 及 时 更 换 ，临 界 部 分 的 继 续 破 坏 将 导 致 在 将 管 柱
造 成 巨 大 经 济 损 失 。实 际 使 用 中 ，将 管 柱 使 用 寿
命 与预 先设 置 的 安全 系数 的 乘 积作 为 气 井 管 柱 使
收 稿日期：２ １ － ８ ２ ０ １ ０－ ３
护 性较 好 的Ｆ １Ｓ ［ ｅ ２ 护膜ｎ。Ｄ ａｒＨ ｅ． ￣Ｉ Ｓ保 Ｆ ｅ ａｄ Ｗ 等认
有 效途 径 。 １ 来自然气井管柱使用寿命 腐 蚀 是 影 响天 然 气 井 管 柱使 用 寿 命 的 重 要 因 素 。根 据 文 献 检 索 结 果 ，关 于 腐 蚀 对 油 气 井 管 柱 的 影 响 国 内外 已经 作 了大 量 研 究 ，但 对 于 将 腐 蚀
与 气 井 管 柱 工 作 过 程 中产 生 的 振 动 状 况 综 合 起 来
位， 该部位的使用寿命就是高压高产含ＨＳ 天然气井管柱的使用寿命。 关键词 ：天然气井 ；管柱腐 蚀 ；管柱寿命 ；管柱接箍 中图分类号 ：Ｆ ０ ４７ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ － １ ４ ２ １ ） １ － －０ ９ － ２ ９ ０ （ ０１ １ （Ｉ ０ ９ ０ ０ ３ ）
行 ；重 度 破 坏 导 致 气 井 报 废 而 不 得 不 填 井 ，带 来
用寿 命 以确保 安全 。 根 据 上 述 定 义 ，本 文 将 综 合 腐 蚀 与 气 井 管 柱
工 作状 况 ， 围 绕 临界 部 分 的研 究对 天 然 气 井 管 柱 破 坏机 理 进行研 究 和探讨 。
为 ，在７ ￣￣ ０ ０ ８ ℃时 ，Ｃ Ｃ Ｏ 的腐蚀速率存在一个最
基 金项目：重庆市 自然科学基金资助项 目 （ ｓ ｃ ０ ０ Ｂ ２ ８ ｃ Ｔ ２ ｌＢ ４ ８ ） 作者简介：吴睿 （ ９ １ １ ７ 一），男，博士 ，主要 从事Ｅ Ｐ Ｒ 、机械设计与制造和可 靠性 等方 面的工作。 第３ 卷 ３ 第 １期 Ｏ ２ １－１ （ ） ［ ９ ０ １ １上 ９１
ｌ
匐 似
高压高产含Ｈ Ｓ 然气井管柱破坏机理探讨 ２天
Ｍ ｅｃｈａｎｉ ｓ ｓｍ ｄｉ ｃｕｓ ｆ ｈｉ ｅｓ ｓ ｏ ｇｈ ｐｒ ｓｕｒ ｅ ｏｕｔ ｐｕｔｇａｓ ｗ ｅｌ ｐｉ ｅｎｄｕｒ ｃｅ ａｉｕｒ ｌ ｐｅ ａｎ ｆ ｌ ｅ
吴 睿，汪海波 ，何高法 ，蒋德平
２ 天然气井管柱 的腐蚀
石 油 管 的 失 效 统 计 分 析 表 明 ，７ ％的失 效 和 ０ 腐蚀 有关 。根据 研 究 ，可 以认为 腐蚀 介 质 中Ｃ０ 、 ＨＳ 、和０ 是腐 蚀剂 ，Ｈ Ｏ是载体 …。 ２ 关 于 Ｃ Ｈ Ｓ 腐蚀 研 究很 多 ，本 文 只做 简 Ｏ 、 的 单 介 绍 。Ｈ Ｓ 的腐蚀 主 要是 引起 氢 脆 、氢 鼓 泡和 氢 致开 裂 。Ｃ ： 蚀包 括均 匀腐 蚀 、冲刷 腐 蚀 和坑 点 Ｏ腐 腐 蚀 ，其 中 台面 状 坑 点 腐 蚀 是 腐 蚀 过 程 中最 严 重 的情 况 ，其 穿透 力通 常每 年 可达 数毫 。参 考文
Ｄ ｉ１ ．９ ９ Ｊ ｉｓ ． ０ ９ ０ ４ ２ １ ． １ － ． ７ ｏ ： ３ ６ ／ ． ｎ １ ０ － １ ． ０ １ １ （Ｉ ２ ０ ｓ ３ ）
０ 引言
高 压 、高 产 且 含 Ｈ Ｓ 具 有 强 腐 蚀 性 气 体 的 等 天 然 气 井 管 柱 服 役 环 境 恶劣 ，容 易发 生破 坏 。轻 度 破 坏 将 增 加 设 备 运 行 费 用 ，影 响 生 产 的正 常 进
起 出过 程 中发 生 落 井 事 故 而 导 致 天 然 气 井 报 废 ，
（ ）式 表 明 腐 蚀 速 度 与 环 境 温 度 和 ＣＯ 、 １ 根 据 研 究 ， 无 水 Ｈ 在 ２ ０ 以 下 腐 蚀 性 较 Ｓ ５℃
弱 ，而 湿Ｈ： 介 质 当温 度 在 １ ０ １ ０ Ｓ ０ ￣ ６ ℃时 能 生 成保
献［】 ３有以下Ｃ Ｈ Ｓ Ｏ 、 对管柱腐蚀速度公式：
ｈ ａ Ｖ＝ｌ 一 ￡Ｒ ｎ Ｚ ／Ｔ＋ ｘ （ ￣ｇ ） ｙ （Ｈ ＳＲ ） ｌ Ｐ ／Ｔ ＋ ｌ Ｐ ２ ／Ｔ ｎ ｏ ｎ （） １
研 究 天 然 气 井 管 柱 使 用 寿 命 ，并 由此 预 测 其 剩 余 使用 寿命 则研 究 的很 少或 没 有 。 就 天 然 气 井 管 柱 使 用 寿 命 ，本 文 作 如 下 定 义 ：从 投 入 使 用 开 始 ， 到 气 井 管 柱 某 一 遭 受 最 严 重破 坏 部分 （ 为方 便叙 述 ，后称 临界 部 分） 剩余 强 度
Ｗ Ｕ Ｒｕ ， ＡＮＧ ｉ ｏ ＨＥ Ｇａ ．ａ ＪＡＮＧ － ｉｇ ｉＷ Ｈａ． ， ｏ ｆ 。 ｌ ｂ Ｄｅ ｐｎ
（ 重庆科技学 院，重庆 ４ ０ ５ ） ０ ０ ０
摘
要 ：在研 究高压高产含Ｈｓ ，天然气井管柱破坏机理的基础上 ，给出了天然气 井管柱使用寿命定义 ， 并根据此定义提 出了高压 高产 含Ｈｓ 天然气井 管柱 最先发生破坏部分是 位于管柱中段的接箍部
重大经济损失 。因此，对高压高产含Ｈ Ｓ 天然气井
管 柱 破 坏 机 理 进 行 深 入 研 究 ，探 究 其 破 坏 发 生 的 原 因 ，从 而 为 气 井 管 柱 使 用 寿 命 预 测 提 供 依 据 ， 是 防患 于 未 然 、降 低 经 济 损 失 和 提 高 生 产 安 全 的
Ｒ — 气体 常数 —
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Ｚ一 反 应频 度 因子 ＿
卜 ＨＳ 分压 有关 。
反 应环 境温 度 ，℃
管 柱 的 工 作 时 间 。根 据 木 桶 短 板 效 应 ，临 界 部 分 的 最 大 使 用 寿 命 正 是 气 井 管 柱 使 用 寿 命 。如 果 不 及 时 更 换 ，临 界 部 分 的 继 续 破 坏 将 导 致 在 将 管 柱
造 成 巨 大 经 济 损 失 。实 际 使 用 中 ，将 管 柱 使 用 寿
命 与预 先设 置 的 安全 系数 的 乘 积作 为 气 井 管 柱 使
收 稿日期：２ １ － ８ ２ ０ １ ０－ ３
护 性较 好 的Ｆ １Ｓ ［ ｅ ２ 护膜ｎ。Ｄ ａｒＨ ｅ． ￣Ｉ Ｓ保 Ｆ ｅ ａｄ Ｗ 等认
有 效途 径 。 １ 来自然气井管柱使用寿命 腐 蚀 是 影 响天 然 气 井 管 柱使 用 寿 命 的 重 要 因 素 。根 据 文 献 检 索 结 果 ，关 于 腐 蚀 对 油 气 井 管 柱 的 影 响 国 内外 已经 作 了大 量 研 究 ，但 对 于 将 腐 蚀
与 气 井 管 柱 工 作 过 程 中产 生 的 振 动 状 况 综 合 起 来
位， 该部位的使用寿命就是高压高产含ＨＳ 天然气井管柱的使用寿命。 关键词 ：天然气井 ；管柱腐 蚀 ；管柱寿命 ；管柱接箍 中图分类号 ：Ｆ ０ ４７ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ － １ ４ ２ １ ） １ － －０ ９ － ２ ９ ０ （ ０１ １ （Ｉ ０ ９ ０ ０ ３ ）
行 ；重 度 破 坏 导 致 气 井 报 废 而 不 得 不 填 井 ，带 来
用寿 命 以确保 安全 。 根 据 上 述 定 义 ，本 文 将 综 合 腐 蚀 与 气 井 管 柱
工 作状 况 ， 围 绕 临界 部 分 的研 究对 天 然 气 井 管 柱 破 坏机 理 进行研 究 和探讨 。
为 ，在７ ￣￣ ０ ０ ８ ℃时 ，Ｃ Ｃ Ｏ 的腐蚀速率存在一个最
基 金项目：重庆市 自然科学基金资助项 目 （ ｓ ｃ ０ ０ Ｂ ２ ８ ｃ Ｔ ２ ｌＢ ４ ８ ） 作者简介：吴睿 （ ９ １ １ ７ 一），男，博士 ，主要 从事Ｅ Ｐ Ｒ 、机械设计与制造和可 靠性 等方 面的工作。 第３ 卷 ３ 第 １期 Ｏ ２ １－１ （ ） ［ ９ ０ １ １上 ９１
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高压高产含Ｈ Ｓ 然气井管柱破坏机理探讨 ２天
Ｍ ｅｃｈａｎｉ ｓ ｓｍ ｄｉ ｃｕｓ ｆ ｈｉ ｅｓ ｓ ｏ ｇｈ ｐｒ ｓｕｒ ｅ ｏｕｔ ｐｕｔｇａｓ ｗ ｅｌ ｐｉ ｅｎｄｕｒ ｃｅ ａｉｕｒ ｌ ｐｅ ａｎ ｆ ｌ ｅ
吴 睿，汪海波 ，何高法 ，蒋德平
２ 天然气井管柱 的腐蚀
石 油 管 的 失 效 统 计 分 析 表 明 ，７ ％的失 效 和 ０ 腐蚀 有关 。根据 研 究 ，可 以认为 腐蚀 介 质 中Ｃ０ 、 ＨＳ 、和０ 是腐 蚀剂 ，Ｈ Ｏ是载体 …。 ２ 关 于 Ｃ Ｈ Ｓ 腐蚀 研 究很 多 ，本 文 只做 简 Ｏ 、 的 单 介 绍 。Ｈ Ｓ 的腐蚀 主 要是 引起 氢 脆 、氢 鼓 泡和 氢 致开 裂 。Ｃ ： 蚀包 括均 匀腐 蚀 、冲刷 腐 蚀 和坑 点 Ｏ腐 腐 蚀 ，其 中 台面 状 坑 点 腐 蚀 是 腐 蚀 过 程 中最 严 重 的情 况 ，其 穿透 力通 常每 年 可达 数毫 。参 考文
Ｄ ｉ１ ．９ ９ Ｊ ｉｓ ． ０ ９ ０ ４ ２ １ ． １ － ． ７ ｏ ： ３ ６ ／ ． ｎ １ ０ － １ ． ０ １ １ （Ｉ ２ ０ ｓ ３ ）
０ 引言
高 压 、高 产 且 含 Ｈ Ｓ 具 有 强 腐 蚀 性 气 体 的 等 天 然 气 井 管 柱 服 役 环 境 恶劣 ，容 易发 生破 坏 。轻 度 破 坏 将 增 加 设 备 运 行 费 用 ，影 响 生 产 的正 常 进
起 出过 程 中发 生 落 井 事 故 而 导 致 天 然 气 井 报 废 ，
（ ）式 表 明 腐 蚀 速 度 与 环 境 温 度 和 ＣＯ 、 １ 根 据 研 究 ， 无 水 Ｈ 在 ２ ０ 以 下 腐 蚀 性 较 Ｓ ５℃
弱 ，而 湿Ｈ： 介 质 当温 度 在 １ ０ １ ０ Ｓ ０ ￣ ６ ℃时 能 生 成保
献［】 ３有以下Ｃ Ｈ Ｓ Ｏ 、 对管柱腐蚀速度公式：
ｈ ａ Ｖ＝ｌ 一 ￡Ｒ ｎ Ｚ ／Ｔ＋ ｘ （ ￣ｇ ） ｙ （Ｈ ＳＲ ） ｌ Ｐ ／Ｔ ＋ ｌ Ｐ ２ ／Ｔ ｎ ｏ ｎ （） １
研 究 天 然 气 井 管 柱 使 用 寿 命 ，并 由此 预 测 其 剩 余 使用 寿命 则研 究 的很 少或 没 有 。 就 天 然 气 井 管 柱 使 用 寿 命 ，本 文 作 如 下 定 义 ：从 投 入 使 用 开 始 ， 到 气 井 管 柱 某 一 遭 受 最 严 重破 坏 部分 （ 为方 便叙 述 ，后称 临界 部 分） 剩余 强 度
Ｗ Ｕ Ｒｕ ， ＡＮＧ ｉ ｏ ＨＥ Ｇａ ．ａ ＪＡＮＧ － ｉｇ ｉＷ Ｈａ． ， ｏ ｆ 。 ｌ ｂ Ｄｅ ｐｎ
（ 重庆科技学 院，重庆 ４ ０ ５ ） ０ ０ ０
摘
要 ：在研 究高压高产含Ｈｓ ，天然气井管柱破坏机理的基础上 ，给出了天然气 井管柱使用寿命定义 ， 并根据此定义提 出了高压 高产 含Ｈｓ 天然气井 管柱 最先发生破坏部分是 位于管柱中段的接箍部
重大经济损失 。因此，对高压高产含Ｈ Ｓ 天然气井
管 柱 破 坏 机 理 进 行 深 入 研 究 ，探 究 其 破 坏 发 生 的 原 因 ，从 而 为 气 井 管 柱 使 用 寿 命 预 测 提 供 依 据 ， 是 防患 于 未 然 、降 低 经 济 损 失 和 提 高 生 产 安 全 的