元坝超深含硫气井防腐技术研究实践

元坝气田是世界范围内陆上气田投产作业风险最高的工程项目之一,超深、高温、高含H2S、中含CO2,经济安全防腐矛盾尤为突出。考虑经济性,采用适用性设计,模拟元坝H2S/CO2/S气田环境评价,证实国产高镍合金的抗腐蚀性能优良,设计采用4 c＋4 d国产高镍合金油管、718＋725工具组合材质方案,保证安全的同时降低了材质级别。为进一步降低完井成本,研发了电镀钨衬管和160℃无固相环空保护液。国产高镍合金管、电镀钨衬管和无固相环空保护液综合防腐技术在现场15口井应用,为元坝气田34×108m3产能建设起到了关键作用,为类似含硫气井防腐提供借鉴。     

超深高含硫气藏完井管材优化与实践

为了缓解元坝气田完井安全性和经济性的矛盾,介绍了元坝气田在选材过程中开展的国产镍基合金油套管、电镀钨合金衬管和钛合金油管等不同材料的性能评价以及现场的应用情况。研究认为,通过适用性设计及系统试验评价,形成不同深度镍基合金材质的优化组合,并大规模应用国产材料,是超深高含硫气藏实现安全经济完井的一项重要途径。电镀钨合金管抗腐蚀性能优异,需对镀层厚度优化设计并优选上扣管钳钳牙,对于不作为油气泄漏屏障的衬管可满足使用要求。钛合金油管抗腐蚀性能优异,力学和整管性能满足标准对同钢级碳钢油管性能的要求,气密封性能优异,质量约为镍基合金的60%,在降低完井成本的同时可提高管柱的安全系数,有望替代传统的镍基合金油管。研究结果可为超深高含硫气藏完井管材的选用提供参考。     

高含硫气田的机械式复合管应用及焊接质量控制

川东北元坝气田腐蚀环境恶劣,气体中含H_2S和CO_2腐蚀性成分,腐蚀性强,输送管道首次采用内衬镍基合金N08825的双金属复合管。本文从耐腐蚀性材料选择、复合管性能、管端破口形式、焊接工艺及焊接质量出发,介绍了L360QS/N08825双金属复合管的各项性能能够满足川东北元坝气田高含H_2S腐蚀环境的管线使用要求。     

酸性气田集输管材的选用

酸性气田在气液混输工况下,碳钢管道腐蚀较为严重。结合腐蚀机理及现场经验,对碳钢、316L不锈钢、2205双相不锈钢、825镍基合金和双金属复合管等管材在酸性气田集输的适用性进行了分析,得出结论:316L不锈钢适用于限制条件范围内的含CO2工况,而在各类含H2S工况,316L不锈钢适用性较差;2205双相不锈钢适用于各类含CO2工况,2205双相不锈钢不适用含H2S工况;825镍基合金耐蚀性能最好,适用于各类酸性气田集输工况。最后结合经济性分析结果,按工况分类提出了酸性气田集输管材的选用建议。     

普光高酸性气田井简管材及完井方案优选

四川盆地普光气田属于高含H2S和CO2的碳酸盐岩过成熟酸性气田,存在气藏压力高、埋藏深度大、地质构造复杂、腐蚀严重、易喷易漏、安全风险高等开发难题.为解决上述难题,实现气田的安全高效开发,在深入调研国内外高含硫气田完井技术现状的基础上,分析了硫化氢、二氧化碳以及氯离子等对井下管材的腐蚀方式,提出了管柱腐蚀的防治措施:①采用防腐蚀管材;②注入缓蚀剂;③将上述两种方式综合应用.进而设计了3种完井方案:①高镍基合金完井;②高镍基合金与高抗硫材质组合完井;③高抗硫材质完井.经分析对比,最终确定采用镍基合金和高抗硫钢套管组合,配合镍基合金油管和永久式封隔器的完井方案;射孔后下酸压—生产一体化完井管柱,酸化压裂后投产.该方案成功解决了气井酸压、生产、防腐蚀等问题,具有防腐性能优越、后期维护成本低、管柱有效生产时间长、安全系数高等特点.     

H_2S/CO_2环境中元素硫对L360钢腐蚀行为的影响

利用静态失重法和电化学动电位扫描技术,辅以X射线衍射（XRD）技术,研究了在含H2S/CO2的模拟油田水溶液中元素硫含量和温度对L360管线钢的腐蚀行为的影响。研究结果表明：元素硫的存在加速了L360管线钢的全面腐蚀,并导致严重的局部腐蚀;腐蚀速率随着含H2S/CO2的模拟油田水溶液中元素硫含量和温度的升高先增加后减小,在元素硫含量达到20 g/L及温度为70℃时腐蚀速率最大。L360管线钢在含硫的H2S/CO2模拟油田水溶液中的腐蚀产物与未添加元素硫时一致,均为马基诺矿型晶粒（FeS1-x,Mackinawite）。图7表2参8     

N08825镍基合金复合管件加工技术及耐蚀性研究

为了避免高H2S/CO2油气田用管道的电化学腐蚀损伤和应力腐蚀开裂问题,以某天然气净化厂原料气管线拟使用的N08825镍基合金复合管为例,研究了其加工技术及耐蚀性能。研究结果显示,N08825镍基合金复合管力学性能及SCC性能均满足中石化普光气田净化厂原料气管线安全隐患治理工程SEI《焊制复合钢管、管件规格书》要求。结果表明,通过控制大直径镍基合金管件加工工艺并在复合管内表面涂刷防护剂,可确保复合管件成型质量及高H2S/CO2环境下的抗应力腐蚀开裂性能。     

H2S分压对镍基合金G3应力腐蚀开裂的影响

针对高含H2S和CO2油气田开发过程中油井套管腐蚀严重的问题,探讨了镍基合金在H2S-CO2-Cl^-环境中的腐蚀机理。采用慢应变速率拉伸试验法(SSRT)研究了G3镍基合金在高含H2S-CO2-Cl^-环境中的腐蚀情况,特别是H2S分压对应力腐蚀开裂(SCC)的影响。     

四川气田腐蚀特征及防腐措施

四川气田的开发一直伴随着腐蚀与防护的问题，气田开采过程中存在多种腐蚀环境，70％以上的气井是含硫气井，如川中磨溪气田的H2S—CO2-Cl^-和细菌腐蚀环境、311东大天池气田高CO2低H2S腐蚀环境、川西北中坝雷三气田含油高H2S气田和须二高CO2腐蚀环境、川东北高H2S及高CO2和元素硫的腐蚀环境等。面对复杂的腐蚀环境，四川气田在开发过程中不断总结经验，逐渐形成了一系列有效的防腐措施，包括材质与防腐工艺技术选择、缓蚀剂防腐技术、腐蚀监测技术等，保证了气田的顺利开采。面对川东北高含硫天然气更加恶劣的腐蚀环境，建立了高含硫腐蚀评价实验室和天东5—1井现场腐蚀综合试验装置，为深入开展高含硫条件下的腐蚀防护技术研究奠定了基础。目前在H2S、CO2和元素硫存在条件下的腐蚀机理和防腐措施，对腐蚀的影响及耐蚀合金钢应用等方面需要进一步研究。     

普光高酸性气田井筒管材及完井方案优选

四川盆地普光气田属于高含H₂S和CO₂的碳酸盐岩过成熟酸性气田,存在气藏压力高、埋藏深度大、地质构造复杂、腐蚀严重、易喷易漏、安全风险高等开发难题。为解决上述难题,实现气田的安全高效开发,在深入调研国内外高含硫气田完井技术现状的基础上,分析了硫化氢、二氧化碳以及氯离子等对井下管材的腐蚀方式,提出了管柱腐蚀的防治措施：①采用防腐蚀管材;②注入缓蚀剂;③将上述两种方式综合应用。进而设计了3种完井方案：①高镍基合金完井;②高镍基合金与高抗硫材质组合完井;③高抗硫材质完井。经分析对比,最终确定采用镍基合金和高抗硫钢套管组合,配合镍基合金油管和永久式封隔器的完井方案;射孔后下酸压-生产一体化完井管柱,酸化压裂后投产。该方案成功解决了气井酸压、生产、防腐蚀等问题,具有防腐性能优越、后期维护成本低、管柱有效生产时间长、安全系数高等特点。     

大庆油田采油四厂三元复合驱结垢类型研究

利用高温高压反应釜模拟普光气田的气井油套环空工况环境,研究了抗硫套管钢P110SS在环空保护液中的腐蚀规律和与镍基合金电偶腐蚀规律,并对P110SS抗硫套管的整体性能(抗挤强度、管体屈服强度和抗内压强度)进行了计算分析研究。结果表明,在无H2S/CO2条件下,环空保护液对P110SS保护效果非常好,电偶加速P110SS腐蚀的效果不显著;P110SS抗硫套管的抗挤毁强度、管体屈服强度、抗内压强度下降很小。在p(H2S)为5.0 MPa、p(CO2)为3.0MPa的条件下,环空保护液保护效果不好,P110SS腐蚀严重,腐蚀速率呈百倍增长,电偶加速P110SS腐蚀的效果显著;P110SS抗硫套管的抗挤毁强度、管体屈服强度、抗内压强度下降严重。     

高含硫气田集输管材耐腐蚀评价

高含硫气田采气工程金属管材的腐蚀评价包括硫化氢应力腐蚀开裂、氢致开裂、电化学腐蚀3个方面,模拟工况应综合考虑H2S/CO2分压、温度、气液相、单质硫、流动条件、应力加载和矿化度等评价条件。采用淬火加回火工艺制造的L360QCS直缝埋弧焊钢管,硫(0.02％)、磷(0.003％)元素含量控制低,硬度小于248HV,在模拟普光气田高含硫集输工况的条件下没有发生氢致开裂和硫化氢应力开裂,管材的抗硫性能较好。     

元坝高含硫站场排污管线腐蚀风险及技术对策

元坝气田天然气中高含硫化氢、中含二氧化碳,且气井普遍产出凝析水和地层水,溶解了硫化氢气体的气田水进入天然气集输系统站场内的排污管道,导致抗硫碳钢排污管内腐蚀环境恶劣,存在较大的腐蚀风险。通过室内实验和现场试验评价分析,认为抗硫碳钢A333须有缓蚀剂配合使用才能满足含硫湿酸气环境下的腐蚀控制需求;在没有缓蚀剂保护的内腐蚀环境下,抗硫碳钢A333以局部腐蚀为主,腐蚀呈现点蚀扩大和坑蚀现象,平均腐蚀速率达到1 mm/a以上。针对现场排污管线腐蚀风险,制定了元坝气田站场排污管线腐蚀控制技术对策和研究方向,为同类含硫气田站场排污管线材质优选和腐蚀控制方案确定提供了借鉴和参考。     

CO2和H2S共存环境下井筒腐蚀主控因素及防腐对策——以塔里木盆地塔中Ⅰ气田为例

针对塔中Ⅰ气田天然气中CO2、H2S共存的特点,研究该腐蚀环境下管材腐蚀规律及防腐对策。通过5因素5水平正交实验,分析CO2压力、H2S压力、温度、Cl离子浓度及含水率这5个因素对抗硫油管腐蚀速率的影响程度,确定塔中Ⅰ气田腐蚀环境下的腐蚀主控因素为CO2压力。选择普通抗硫油管+缓蚀剂作为塔中Ⅰ气田油管的防腐对策,根据腐蚀主控因素筛选复配了适用于塔中Ⅰ气田腐蚀环境的缓蚀剂YU-4。该防腐工艺在塔中Ⅰ气田12口井中进行了应用,取得了显著的抗腐蚀效果,腐蚀速率达到防腐要求,其中TZ83井油管平均腐蚀速率由1.23 mm/a降至0.025 mm/a;TZ623井油管平均腐蚀速率由0.370 mm/a降至0.016 mm/a。     

高温酸性气藏油层套管选材探析——以四川盆地元坝气田为例

四川盆地川东北地区元坝气田钻井完钻井深度都大于7 000 m,其主力二叠系上统气藏高温且含H₂S和CO₂,气井的油层套管选材困难。通过Corrosion Analyzer软件模拟,初步明确了该气藏的腐蚀规律,即温度小于60 ℃条件下主要以电化学腐蚀为主,大于110 ℃表现为电化学腐蚀与点蚀共同作用;井筒pH值较低,从井底到井口模拟的pH值均小于3;在井筒压力范围内,压力的变化对电化学腐蚀的影响不大。通过对国内外相似气藏的油层套管选用情况,以及110SS和镍基合金套管腐蚀室内实验结果的分析,结合行业标准对酸性介质气藏油层套管材质选择的有关规定和气藏实际情况,推荐了适合该气藏的油层套管材质：油层套管尽量选用低钢级材质,封隔器预计座封井段及以下选用高镍基合金材质,并必须保证封隔器预座封井段的固井质量。     

含Cr材质在CO_2腐蚀环境中的腐蚀分析

雅克拉凝析气田具有高压力、高产量、高流速、CO2含量高、水和H2S含量低的＂四高两低＂特征,腐蚀介质非常复杂。气田开发以来,井下管柱和集输管道出现了严重的腐蚀。通过对13Cr材质在现场不同CO2腐蚀环境中的试验研究,验证了13Cr材质在CO2含量低的腐蚀环境中发生腐蚀较轻,随着CO2含量增加,13Cr材质腐蚀程度增加。模拟井下和集输管道两种CO2腐蚀环境,采用高温高压釜装置对不同Cr含量材质的腐蚀行为进行了试验研究,采用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）和X射线衍射（XRD）等方法对试样表面腐蚀产物的形貌及成分进行了分析。分析结果表明,22Cr和316L抗腐蚀性能优于3Cr和13Cr,并提出了适合雅克拉凝析气田井下和集输管道腐蚀治理的方向。     

元坝气田超深高含硫水平井测试投产一体化技术

元坝气田长兴组气藏埋深约为7 000 m,温度高达157℃,前期采用测试、投产分步工艺,存在管柱埋卡、工具失效、地层漏失严重等难题,产层二次污染严重,投产时酸化解堵难度加大,费用高,周期长。通过地质研究、力学计算,结合室内管材模拟腐蚀实验,形成了一套测试投产一体化工艺技术。完井方式为衬管,管柱材质根据井温不同选4C或4D类镍基合金,并精简了管柱中工具数量;采用气密封检测技术保证管柱密封可靠性,采取加装封隔器扶正器、底部筛管加长、正反循环坐封封隔器等措施,在降低工程难度的同时保证了工艺的顺利实施。以上工艺和技术,应用在YBXXH井,在天然气绝对无阻流量为600×10⁴m³／d的情况下,一次性完成了测试和投产,为该区域勘探开发提供了有力的技术支持。     

普光气田地面生产系统腐蚀控制技术及其效果

高含硫天然气田地面生产系统面临H₂S/CO₂以及元素硫共存等苛刻条件下的腐蚀问题,这是目前开发此类气田的难点之一。通过分析普光高含硫气田开发过程中运用的腐蚀控制技术及其效果,可为有效控制此类油气田开发过程中的腐蚀问题提供依据。首先将室内模拟试验选材和缓蚀剂筛选作为控制腐蚀开裂和电化学腐蚀失重的主要措施,结合腐蚀挂片、探针、电指纹监测、超声成像测厚和智能清管检测以及服役前后材料理化性能对比测试,确定材料服役过程中的腐蚀特征、腐蚀机制以及缓蚀剂作用效果,从而为进一步针对腐蚀关键部位的腐蚀控制和监检测提供依据。该腐蚀控制综合技术的运用效果表明,目前普光气田整体腐蚀速率小于0.076 mm/a,材料力学性能未出现损伤退化,处于受控状态。而元素S沉积和地层水聚集将诱发少量局部腐蚀,这一问题将成为腐蚀控制的重点。     

湿H_2S环境下钻具腐蚀断裂机理及预防措施

"三高"油气田开发一直是国内外油气田开发的一个难点,其中高含硫对钻具、设备安全和作业人员健康都构成了威胁。塔中I号气田是塔里木油田典型的高含硫油气田,部分井H2S质量浓度达到了607 000 mg/m3,近年来多次发生H2S致钻具腐蚀开裂事件,给油田安全生产带来了严重挑战。通过对塔中I号气田多起钻具断裂事故分析,表明:湿H2S环境下钻具发生腐蚀断裂有电化学腐蚀、氢致开裂和硫化物应力腐蚀开裂三种;其主要影响因素有H2S含量、p H值、温度和钻具材质。建议加强对钻具材质中有害元素的控制,定期检测泥浆中p H值变化情况,加强对钻具的管理工作,选择的合适的压井方式等来防止类似事件发生。     

普光气田集输管材腐蚀评价及缓蚀剂加药工艺优化

普光气田H₂S平均含量15.18%,CO₂平均含量8%,且含单质硫。为解决该气田湿气集输工艺管材的腐蚀问题,参考NACE MR0177/ISO15156,规定了试样的制备方法,避免了因试样问题产生的评价结果偏差。评价条件增加了单质硫含量、介质流速两个条件,实现了对普光气田工况条件的模拟,解决了按NACE MR0175标准H₂S分压大于1 MPa时无法选材的难题。开展了L360抗硫管材的氢脆、硫化物应力开裂及电化学腐蚀的分析评价,结果表明,采用淬火加回火制造工艺、严格控制S（0.003%）、P（0.02%）元素含量、硬度小于248 HV的L360管材,其抗硫性能满足使用要求;但在高含H₂S、CO₂且单质硫共存的条件下, L360抗硫管材电化学腐蚀严重,平均腐蚀速率达0.165 7 mm/a,腐蚀产物主要为FeS,电化学腐蚀主要受H₂S控制。因此对缓蚀剂加注工艺进行了优化,制订了一套预膜型缓蚀剂+连续缓蚀剂的实验室评价方法,规定了试片预膜处理的具体步骤,并优选出有机胺盐和季胺盐复配物为主的连续缓蚀剂+咪唑啉和吡啶衍生物为主的预膜缓蚀剂,现场应用后腐蚀速率控制在0.043 2 mm/a。优选的L360抗硫钢和缓蚀剂在普光气田湿气输送集输工艺得到成功应用。