超出海上油套管选材图版的防腐设计实验研究

目的：东海A气田开发储层流体中CO2分压约1.85 MPa,温度在150℃左右。井下腐蚀环境已超出中海油选材图版的应用范围,因此应进行防腐模拟实验研究,为优选油套管材质提供依据。方法应用失重法在高温高压动态反应釜中进行高温高压动态腐蚀模拟测试,选择油气田开发中高防腐油套管常用的普通13Cr、超级13Cr、22-25Cr双相不锈钢3种材质试样,测试不同材质油套管井下的腐蚀速率。结果 CO2分压2.0 MPa下,130℃时3种材质均未发现局部点蚀,温度升至150℃时,超级13Cr和22-25Cr双相不锈钢表现为均匀腐蚀,普通13Cr材质出现了点蚀,点蚀速率为0.6413 mm/a,明显超过了腐蚀控制线;150℃下,随着CO2分压的增加,腐蚀速率增加,但分压达到约2.0 MPa后,腐蚀速率增加减缓,并且出现下降趋势。结论从井底开发储层到地面,温度逐步降低,根据实验结果,东海 A 气田开发设计组合油套管的方式防腐,深部温度高于130℃位置的油套管应用超级13Cr材质,上部温度低于130℃位置的油套管应用普通13Cr材质,以降低成本。     

油管钢在模拟超临界CO2中耐蚀特性的研究

目的研究普通碳钢P110、3Cr、普通马氏体不锈钢13Cr和超级马氏体不锈钢HP2-13Cr钢在某油井超临界CO_2环境中的耐蚀特性。方法模拟该高温高压高含CO_2且含Cl–油井的腐蚀环境,采用高温高压反应釜对上述四种油管钢进行挂片实验,借助高精度天平、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线能谱(EDS)从平均腐蚀速率、清理腐蚀产物后试样的表观特征、腐蚀产物的表面形貌和化学成分及腐蚀机制方面分析其抗均匀腐蚀与抗点蚀特性。结果在CO_2分压达12 MPa,110℃,Cl–质量浓度为16 542 mg/L的典型环境,P110,3Cr油管钢的平均腐蚀速率分别为5.625,2.992 mm/a;13Cr为0.155 mm/a,有点蚀发生,HP2-13Cr则为0.003 mm/a,且为均匀腐蚀,HP2-13Cr能满足模拟腐蚀环境的使用要求。结论在上述超临界CO_2环境,碳钢P110与3Cr在基体表面不存在Cr的富集,耐蚀性差;马氏体不锈钢13Cr和超级马氏体不锈钢HP2-13Cr因基体表面能生成致密的钝化膜,则表现出相对优良的耐蚀性,但两者的合金元素Ni,Mo含量不同,造成了对两者抗均匀腐蚀与抗点蚀性能的显著差异。     

凝析气田多相流环境下常用油套管钢的CO_2腐蚀规律

针对凝析气藏CO_2腐蚀工况,利用高温高压反应釜,进行了常用油套管钢N80、P110和3Cr在模拟凝析气田多相流环境中的动态腐蚀试验,研究了温度、CO_2分压及含水率等因素对N80、P110和3Cr腐蚀速率的影响规律。用扫描电镜对腐蚀试样进行了表面形貌观察,对腐蚀产物进行了X射线衍射分析。研究结果表明,在CO_2分压1.4MPa,含水率30%的情况下,N80和P110的腐蚀速率随温度增加而减小,3Cr的腐蚀速率随温度增加先增后减;在60℃条件下,N80、P110和3Cr的腐蚀速率均随含水率和CO_2分压的增加而增大;在模拟凝析气田多相流环境下,3Cr相对于N80和P110具有较好的耐蚀性。     

油管钢在CO_2/H_2S环境中的腐蚀产物及腐蚀行为

对CO_2/H_2S环境中常规油管钢的腐蚀产物的已有研究成果进行了归纳分析,结果表明,在100℃附近,CO_2/H_2S共存环境中,油管钢表面形成的FeS膜的保护性优于FeCO_3,对金属腐蚀有抑制作用。总结出了油管钢的两类分压比规律:第一类分压比,体系中的CO_2分压保持不变,逐渐增加H_2S的分压,腐蚀速率会出现极值;第二类分压比,体系中的H_2S分压保持恒定,腐蚀速率会随着CO_2分压的升高而增加。这对于进一步完善CO_2/H_2S腐蚀理论以及油气田合理选择油套管材料均有一定指导意义。     

CPE机组上CB110-5Cr抗CO_2腐蚀油套管的研发

介绍了CB110-5Cr抗CO_2腐蚀油套管的化学成分及其设计思路。通过对样管的试制及其力学性能的测评,确定CB110-5Cr油套管的淬火、回火温度。通过对比CB110-5Cr和P110钢级样管的极化曲线和高温高压釜试验,评定CB110-5Cr耐腐蚀性能。试验结果表明:CB110-5Cr油套管的力学性能满足API Spec 5CT—2011中P110钢级的要求,且具有较高的冲击韧性;中低温时,随着CO_2分压的增加,CB110-5Cr油套管的抗腐蚀速率增加,其抗腐蚀性能明显优于P110钢级油套管;当温度升到90℃以上时,P110油套管的抗腐蚀性能优于CB110-5Cr油套管。     

热采井常用油套管材料在酸性介质中的腐蚀行为

通过模拟工况下的腐蚀试验,对不同油套管材料的腐蚀行为进行分析和研究,同时结合腐蚀预测软件进行数据分析。结果表明:在50℃及150℃下,N80、BG80-3Cr、P110、BG90H四种材料的均匀腐蚀速率大于0.2mm/a,腐蚀较严重;BG90H-9Cr和BG90H-13Cr在试验温度范围内具有良好的抗CO_2+H_2S+O_2均匀及局部腐蚀能力;温度对油套管用钢的腐蚀影响较为复杂,随温度升高,腐蚀速率上升,但温度较高时,当金属表面生成致密的腐蚀产物膜后,腐蚀速率随温度升高而降低。     

渤海油田井下管柱CO2腐蚀规律与防腐选材现状

随着渤海油田的快速发展,CO2腐蚀成为阻碍油气田开发的关键因素之一,由 CO2引起的油气井管材腐蚀破坏问题日益严峻,严重影响井下管柱的使用寿命,制约着渤海油田降本增效的发展目标。综述了CO2对井下管柱的腐蚀机理及影响因素,总结了渤海油田中油气产量较高区块的CO2腐蚀情况及防腐选材研究现状,针对性调研了绥中36-1、埕北等10个油田的生产井的CO2分压、温度分布及腐蚀情况,探讨了渤海油田水介质、pH值、CO2分压、温度对CO2腐蚀的影响规律。结果表明CO2分压小于0.023 MPa时,碳钢油管未发现严重腐蚀;当CO2分压超过0.2 MPa时,井下管柱腐蚀破坏率迅速增加, CO2分压为0.3 MPa时,碳钢油管腐蚀比例约为19.15%,这和理论研究一致。在渤海油田油气开发生产过程中,各种因素可能同时出现,并相互作用,加剧管材的 CO2腐蚀。合金元素 Cr能显著提高油套管的抗腐蚀性,低Cr钢具有良好的耐腐蚀性能和经济性,未来低Cr油套管在渤海油田的适应性评价需要开展进一步的研究。     

3Cr钢和13Cr钢在高矿化度CO2环境中的腐蚀行为

为了预测油井管钢在高矿化度、含CO2的储层环境中可能发生的腐蚀,为该储层推荐在开发周期内安全经济的材质,采用高温高压反应釜研究了3Cr钢和13Cr钢在模拟储层环境中的腐蚀行为,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线能谱(EDS)分析了3Cr钢和13Cr钢的腐蚀产物膜特征.从腐蚀速率、清理腐蚀产物后试样的表观特征、腐蚀产物的表面形貌、横截面腐蚀试样形貌和腐蚀产物化学成分方面探讨了3Cr钢和13Cr钢在CO2环境中的腐蚀特征随温度和含水率的变化规律及反应时间对其的影响.结果表明,3Cr钢在CO2分压为0.2 MPa,Cl-含量139 552mg/L的环境中会发生极严重腐蚀,且试样表面产物膜在微观上分布不均匀,存在局部不完整;13Cr钢发生轻度腐蚀,在所测试样中未观测到点蚀,即3Cr钢不适用于该高矿化度CO2环境而13Cr钢能够满足要求.     

温度对三种Cr钢腐蚀行为的影响

利用高温高压釜模拟油田高CO_2分压和高矿化度的生产环境进行腐蚀试验,测定在不同温度条件下1Cr、3Cr和13Cr钢的腐蚀速率,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等手段分析了腐蚀产物形貌和成分。结果表明:1Cr、3Cr钢的腐蚀速率随温度升高先增大后减小,二者的腐蚀速率均在80℃达到最大值,分别为7.515mm/a和4.339mm/a;13Cr钢的腐蚀速率在温度低于110℃时随温度的升高缓慢增大,在温度高于110℃时腐蚀速率迅速增大;1Cr、3Cr油管钢在试验温度范围内均出现局部腐蚀,13Cr油管钢在整个试验的温度区间表现出优秀的耐蚀性。     

ND钢、316L、20#碳钢在硫酸介质中的腐蚀行为

对ND钢、316L、20#碳钢在硫酸介质中的腐蚀情况进行了研究,探讨了硫酸浓度、腐蚀温度以及试样旋转速度对腐蚀速率的影响。结果表明三种材质在低浓度硫酸中腐蚀速率较快,而在高浓度时腐蚀较慢,且随着温度的升高、试样旋转速度的增加而增大,三种材质在硫酸中的腐蚀速率顺序为:316L不锈钢20#碳钢>ND钢,以ND钢最耐硫酸腐蚀。     

硫化氢环境下常用油井管材质腐蚀规律研究

目的 通过失重法测定L80、N80、1Cr、3Cr、9Cr、13Cr等油井管材质在硫化氢分压为0.001、0.01、0.1、0.5、1.26、2 MPa环境条件下的腐蚀速率。方法 采用高温高压反应釜对L80、N80、1Cr、3Cr、9Cr、13Cr等材料在模拟工况下的腐蚀行为进行研究。用扫描电子显微镜对所得样品的腐蚀产物种类、微观形貌进行分析。结果 在硫化氢分压为2 MPa以下时,各种材料的腐蚀速率均低于0.125 mm/a,属于中度腐蚀。而硫化氢分压为2 MPa时,除9Cr外,其余材料的腐蚀速率均达到了重度腐蚀以上。不锈钢的腐蚀速率要明显低于低合金钢,且加入少量Cr元素并未对耐蚀性能有显著的提升,且某些条件下,腐蚀速率要高于普通低合金钢。对于低合金钢及含Cr量较低的钢,硫化氢压力不高于0.1 MPa时,腐蚀速率差异不大,基本保持在0.025 mm/a附近,属于轻微腐蚀,但当硫化氢压力达到0.5 MPa时,L80、N80和1Cr的腐蚀速率显著增高。在硫化氢分压0.001~0.1 MPa之间,常用油井管材质的点蚀严重程度随硫化氢分压增大而逐渐增加;在硫化氢分压0.1~0.5 MPa之间,常用油井管材质点蚀程度随硫化氢分压增大而逐渐降低;在0.5~2 MPa之间,点蚀程度又逐渐增加。结论 对于不锈钢,当硫化氢压力不高于0.1 MPa时,虽然腐蚀速率随硫化氢压力升高,呈现一定的上升趋势,但腐蚀速率均维持在较低的水平;当硫化氢压力达到0.5 MPa时,不锈钢的腐蚀速率显著增大。不锈钢的耐蚀性能要远优于低合金钢,尤其是在硫化氢压力较低的环境中。     

温度对Cr13不锈钢CO2腐蚀行为的影响

模拟高温高压腐蚀环境,通过扫描电镜和能谱分析,研究不同温度下的Cr13不锈钢的耐CO2腐蚀性能。结果表明,随着温度升高,Cr13不锈钢CO2腐蚀速率在150℃达到最大以后下降;温度的变化也导致表面腐蚀产物成分和结构的变化,影响腐蚀产物对金属基体的保护效果。     

含铬油套管钢材在CO2和微量H2S共存环境中的腐蚀规律

目的 研究不同含铬材质钢在CO2和微量H2S共存环境中的腐蚀行为，优化深井油套管抗腐蚀设计方案。方法 以实际油水分离的水样为腐蚀介质进行模拟实验，采用高温高压反应釜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)，揭示4种含铬材质钢在不同腐蚀环境中的腐蚀速率、腐蚀产物膜及应力腐蚀开裂特征，并建立高CO2与微量H2S共存环境下油套管防腐选材优化设计方法。结果 在高分压比条件下均发生了由CO2主导的腐蚀反应，腐蚀产物以FeCO3为主，加入微量H2S后低Cr材质产物膜的附着力较低，出现了疏松脱落现象，FeS优先成膜，含铬钢表面的腐蚀产物膜呈现“富铬”现象，膜的保护性能得到改善。3种腐蚀环境中3Cr钢对应的腐蚀速率分别为1.965 3、1.736 1、1.159 2 mm/a，均处于极严重程度，且表面出现了局部沟槽;9Cr钢的产物膜轻微覆盖，腐蚀较轻，13Cr和S13Cr基本无产物膜覆盖，未发生腐蚀。9Cr、13Cr和S13Cr在加载90%的屈服应力时均未发生应力腐蚀开裂，应力腐蚀敏感性较低。结论 含铬钢具有良好的抗腐蚀性能，基于腐蚀环境特点提出了井筒分段防腐选材设计方案“9Cr+13Cr+超级13Cr”，有效降低了防腐成本，研究结果对CO2和微量H2S共存环境中含Cr钢腐蚀特征和优化选材提供了理论依据。     

L80油管钢在CO2/H2S环境中的腐蚀行为

目的：研究L80油管在CO2/H2S环境中的腐蚀行为。方法利用扫描电镜（SEM）、EDAX能谱分析L80油管内壁腐蚀产物形貌特征和化学组成,采用高温高压反应釜,以实际油水分离的水样为腐蚀介质进行模拟实验,研究原油含水率、CO2/H2S 分压和温度对 L80油管腐蚀速率的影响规律。结果在CO2/H2S环境中,L80油管内壁呈现明显的局部腐蚀特征,部分表面点蚀坑深度超过100μm,形成FeS、FeCO3等腐蚀产物。随着含水率的增加,L80油管腐蚀速率逐渐增大,含水率为30%时的腐蚀速率为0.0377 mm/a,含水率为100%时的腐蚀速率为0.0952 mm/a。CO2分压不变时,随着 H2S分压的增加,L80钢的腐蚀速率增大,H2S分压为0.04 MPa时的腐蚀速率为0.0377 mm/a,H2S分压为0.3 MPa时的腐蚀速率为0.0952 mm/a;H2S分压不变时,随着CO2分压的增大,L80钢腐蚀速率变化不明显且腐蚀速率较小。随着温度的升高,腐蚀速率先以较大幅度增大,再以较小幅度减小,从40℃增加至100℃时,腐蚀速率由0.0083 mm/a升至0.1264 mm/a,100℃左右时的腐蚀速率最大,120℃对应的腐蚀速率为0.106 mm/a。结论 L80油管在CO2/H2S环境中以均匀腐蚀和局部点蚀为主。L80油管腐蚀速率对H2S分压比CO2分压更敏感,CO2分压增大促使具有良好保护性的FeCO3保护膜的形成,降低了腐蚀速率。温度升高至一定范围,导致碳酸盐等难溶性盐溶解度降低,并覆盖在钢表面形成保护层,从而使腐蚀速率下降。     

X65钢在模拟集输管道环境中的腐蚀行为

通过腐蚀失重、SEM、XRD等方法,研究了X65钢在模拟集输管道CO_2/油/水环境中的腐蚀特性。结果表明:X65钢腐蚀速率随流速和CO_2分压升高均呈现先增大后减小的趋势,存在临界流速和临界压力;低于临界值,基体表面上生成的腐蚀产物疏松多孔、不稳定,高于临界值后形成的产物膜致密、附着力较强,具有一定保护作用;流速增大超过1m/s会使油膜比较均匀地吸附在试样表面,减少了腐蚀反应活性点,一定程度上保护了基体不被腐蚀,腐蚀速率下降;随CO_2分压增大,CO_2在原油内的溶解度增加使原油黏度下降,流动性变好,与基体接触和吸附的概率增加,对X65钢的缓蚀作用增强,也会使腐蚀速率下降。     

多相流动状态下温度对X70钢CO2腐蚀的影响

目的提高多相流动状态下温度对X70钢CO2腐蚀机理的认识。方法采用自制实验装置和挂片实验,模拟起伏管路段塞流动条件下X70钢的CO2腐蚀状态,通过电子显微镜和电化学在线监测等手段对试样表面形貌、腐蚀速率以及在线腐蚀情况进行观察和分析,侧重研究多相流动状态下温度对X70钢CO2腐蚀速率的影响。结果当温度达到90~98℃时,由于腐蚀产物膜的影响,CO2分压对腐蚀速度影响甚微,腐蚀速度降至较低水平。当温度在60~80℃之间时,腐蚀挂片表面的腐蚀状态不稳定,出现局部腐蚀或均匀腐蚀,当CO2分压较低时(如0.15 MPa),易形成均匀腐蚀;当CO2分压较高时(如0.6 MPa),易形成局部腐蚀。当温度在40~80℃之间时,随着CO2分压的增加,腐蚀速率达到最高值的温度越来越高,腐蚀速率达到最高值的温度范围一般保持在40~80℃之间。结论温度对X70钢CO2腐蚀的影响与CO2分压密切相关,相同温度下,随着CO2分压的增加,腐蚀速率增大,相应的腐蚀速率达到最高值的温度也越来越高;孤立地说某一温度值下,CO2腐蚀速率达到最高值这一说法不准确。     

FV（520）B不锈钢在CO2/H2S共存条件下的腐蚀行为

目的研究长输管线压缩机叶片材料FV(520)B不锈钢在高含H_2S、H_2O、CO_2条件下的腐蚀行为。方法利用高温高压反应釜模拟特定工况,在H_2S分压为0.9 MPa、CO_2分压为0.6 MPa、温度为150℃的条件下于5 g/L的氯化钠溶液中制备硫化腐蚀层,利用XPS、SEM、XRD等手段对腐蚀层的成分及结构进行分析。结果 FV(520)B不锈钢的腐蚀速率逐渐降低,试样表面粗糙度先增大后下降,腐蚀产物主要为FeCO_3、Fe_3O_4、FeS、FeS_2、S、Cr_2S_3、Cr_2O_3和Cr(OH)_3。结论在腐蚀前期,FeS的形成速率大于FeS_2、S,腐蚀产物颗粒不断长大。形成完整的Cr_2O_3、Cr(OH)_3保护膜后,腐蚀得到抑制,此时腐蚀反应主要为FeS_2、S的生成,试样表面腐蚀产物颗粒尺寸变小,试样表面粗糙度降低。     

超级13Cr钢在高温高压下的抗CO2腐蚀性能

在模拟某油田腐蚀环境中,通过高温高压CO2腐蚀试验,采用SEM、EDS和XPS测试手段分析,研究温度变化对超级13Cr马氏体不锈钢的腐蚀行为的影响。研究结果表明,随着温度的升高：超级13Cr马氏体不锈钢的均匀腐蚀速率呈微上升的趋势,气相环境中试样的均匀腐蚀速率大于液相,但均远小于0．1mm／a,局部腐蚀严重。在温度为150℃的气相环境中,超级13Cr钢最大局部腐蚀速率可达2．1379mm／a,其7天实验的最大局部腐蚀坑深度可达41μm。XPS检测结果显示,超级13Cr钢表面钝化膜主要成分是非晶态的Cr2O3。