CO2液相及气相下铝酸盐水泥石强度发展规律

火烧油层工况下,固井水泥石服役温度高达500 ℃以上。硅酸盐水泥难以在此温度范围下稳定存在,同时井内伴生大量腐蚀性气体。因此,研究了矿渣改性铝酸盐水泥（CAC）力学性能的可行性,同时模拟火烧油层实际工况,探究了改性铝酸盐水泥石强度发展规律。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等测试了腐蚀前后改性铝酸盐水泥石的物相组成和微观形貌特征,分析了模拟火烧油层工况下改性铝酸盐水泥石的强度发展规律。结果表明,随着矿渣掺量的增加铝酸盐水泥石抗压强度出现先增加后降低的趋势,且当矿渣掺量为30%左右时其改性效果较好。在50 ℃液相环境下,水泥石被腐蚀产生碳酸钙并产生了孔洞和微裂纹,破坏了水泥石的完整性造成抗压强度降低;而在高温气相环境下,二氧化碳未对水泥石产生腐蚀破坏。在高温下改性CAC水泥石仍可保持较高的抗压强度,并且经过二次高温养护后改性CAC水泥石强度进一步得到发展,具有较好的耐高温性能。该研究为火烧油层工况下CAC水泥石力学性能优化和耐CO₂腐蚀提供了一定的理论基础。      

固井水泥石的硫化氢腐蚀机理与抗腐蚀方法研究

在含H2S气体的油气田开发中,H2S的腐蚀问题很严重,不仅腐蚀套管,而且对水泥石的腐蚀也很严重。在这些油田开发中,固井问题变得复杂,如果我们能研究清楚H2S对固井水泥石的腐蚀问题,那么就能更好的采取防治措施防止H2S对固井水泥石的腐蚀,更能防止对套管的腐蚀。本文分析了固井水泥石H2S腐蚀的腐蚀机理,以及影响因素,阐述了固井水泥石抗H2S腐蚀的机理、方法、水泥浆体系,耐H2S腐蚀水泥浆类型。     

硫化氢与硫酸腐蚀油井水泥石的对比

采用G级油井水泥净浆,从腐蚀前后水泥石抗压强度、水化产物中氢氧化钙含量、SEM微观结构特征和孔隙结构的变化等方面.进行了硫酸溶液和硫化氢对水泥石的腐蚀对比实验.结果表明,设计的常温常压的硫酸溶液腐蚀实验与标准的高温高压腐蚀实验有较好的相关性和可比性,而且硫酸溶液腐蚀实验能够更直观地反映出水泥石潜在的腐蚀因素.利用常温常压的硫酸溶液腐蚀实验能够作为油井水泥石腐蚀研究的前期实验和油井水泥石抗酸蚀的耐久性实验,对降低水泥石腐蚀实验成本和风险,提高实验效率,更好地开展油井水泥石完整性研究有重要的应用价值.     

热采井用固井水泥石养护方法及力学性能研究

如何模拟稠油热采井井下环境,对评价稠油井用固井水泥石能否满足热采工况的需求具有重要意义。然而,以往用马弗炉超高温干燥条件养护水泥石的方法,与稠油热采井下的超高温水蒸气环境、水泥石受套管和地层约束等实际情况不符。为此,提出了一套可模拟稠油热采井下超高温水蒸气环境的固井水泥石养护装置及方法,并对比研究了超高温干燥与水蒸气条件下,试样尺寸、加热速率对固井水泥石抗压强度和完整性的影响。研究结果表明,小尺寸水泥石试样、低升温速率和水蒸气环境有利于保证在加热过程中试样受热更均匀,从而有利于缓解因受热不均导致开裂的现象,进而维持水泥石更高的抗压强度及完整性。因此,通过该研究结果,建议室内实验模拟方法应充分考虑实验条件对模拟结果的影响;同时,基于此研究结果,建议在实际生产过程中,可适当优化注蒸汽的工艺过程及参数,以降低注蒸汽过程对固井水泥石的加热速率、减少对水泥石的不利影响。      

无固化剂水性树脂提高固井水泥石抗腐蚀性能

含CO₂油气井、CO₂地质封存井等特殊工况对水泥石的抗腐蚀能力要求高。为提高固井水泥石的抗腐蚀能 力,选择了一种无固化剂水性树脂作为防腐材料,分析了水性树脂提高水泥石的防腐能力和作用机理。结果表 明,树脂可有效提高水泥石的抗腐蚀能力。腐蚀28 d 后,水性树脂掺量15%的水泥石腐蚀深度比空白水泥石下 降了68.7%,腐蚀后的抗压强度比未腐蚀的下降了12.8%。树脂掺入水泥浆不仅降低了水泥石的渗透率,而且降 低了水泥石的大孔径体积,增大了CO₂水溶液腐蚀的流动阻力。树脂掺入水泥浆后减少了水泥石腐蚀产物的形 成。掺入树脂的水泥石微观结构致密程度更高,内部存在的膜状物质提高了腐蚀反应的惰性。无固化剂水性树脂 通过降低碱性水化产物形成、提高酸性流体渗入阻力以及增强腐蚀反应惰性多种方式提高水泥石的抗腐蚀能力。     

活性外掺料提高油井水泥石抗二氧化碳腐蚀能力研究

为提高固井水泥环的抗CO2腐蚀能力,开发了富硅铝质活性外掺料（HA）。通过比较不同碳化龄期水泥石的抗压强度、分析孔结构、测定渗透率、分析碳化层的成分和显微形貌等方法,对水泥石的抗碳化性能进行了研究。结果表明,加HA水泥石抗CO2腐蚀能力明显优于净浆水泥石和掺硅灰水泥石:加HA水泥石在CO2压力2 MPa、95 ℃腐蚀介质中养护28和90 d后,试样的抗压强度为35.4和33.7 MPa,较同龄期盐水养护试样分别降低了3.01%和13.14%（净浆水泥石分别降低了7.75%和31.15%）,试样总孔隙率分别为19.87%和21.45%（净浆水泥石分别为28.81%和31.85%）,且有害孔（直径100 nm）所占比例小;在7 MPa驱替压力下,两个腐蚀龄期的加HA水泥石均未发生渗滤（净浆水泥石的渗透率分别为1.21×10-3 μm2和1.68×10-3 μm2）;碳化90 d后的加HA水泥石外层试样中CaCO3的衍射峰强度明显低于净浆水泥石,且碳化试样的产物呈连续致密,与净浆水泥石腐蚀后形成颗粒的结构明显不同。      

热采井用固井水泥石养护方法及力学性能研究

如何模拟稠油热采井井下环境,对评价稠油井用固井水泥石能否满足热采工况的需求具有重要意义。然而,以往用马弗炉超高温干燥条件养护水泥石的方法,与稠油热采井下的超高温水蒸气环境、水泥石受套管和地层约束等实际情况不符。为此,提出了一套可模拟稠油热采井下超高温水蒸气环境的固井水泥石养护装置及方法,并对比研究了超高温干燥与水蒸气条件下,试样尺寸、加热速率对固井水泥石抗压强度和完整性的影响。研究结果表明,小尺寸水泥石试样、低升温速率和水蒸气环境有利于保证在加热过程中试样受热更均匀,从而有利于缓解因受热不均导致开裂的现象,进而维持水泥石更高的抗压强度及完整性。因此,通过该研究结果,建议室内实验模拟方法应充分考虑实验条件对模拟结果的影响;同时,基于此研究结果,建议在实际生产过程中,可适当优化注蒸汽的工艺过程及参数,以降低注蒸汽过程对固井水泥石的加热速率、减少对水泥石的不利影响。     

玻璃纤维对硫铝酸钙水泥石力学性能的影响

随着油气田开采难度和井下情况复杂化程度的增加，常规水泥环易发生脆裂，进而影响水泥环的层间封隔作用，影响井筒完整性。硫铝酸钙水泥是一种性能优良的固井水泥材料，为了了解硫铝酸钙水泥在固井工程中应用的潜力，制作了玻璃纤维增强硫铝酸钙水泥石（CSA/GRC）样品，利用X射线衍射法分析不同龄期硫铝酸钙水泥的晶体水化产物；通过三轴应力-应变实验，测试CSA/GRC固井水泥石的力学性能；采用扫描电子显微镜观察CSA/GRC固井水泥石断裂面的微观形貌，分析玻璃纤维在硫铝酸钙水泥石中的增韧机理。研究结果表明:CSA/GRC固井水泥石具有良好的韧性和力学形变能力，轴向抗压强度和极限应变值比常规玻璃纤维固井水泥石分别提高了约45%和300%；玻璃纤维与硫铝酸钙水泥体系之间有良好的复合能力，纤维抗腐蚀性能强；通过应力分散作用和桥联作用，玻璃纤维可约束裂缝的进一步扩展，从而提高固井水泥石的韧性。     

温度对水泥石机械性能非线性影响规律及原因分析

为了表征长封固段固井水泥石在温度梯度下的机械性能，研究了不同温度下水泥石机械性能非线性变化规律并分析了原因。通过检测在用水泥石在30～160℃温度区间下的机械性能，分别建立了水泥石抗压强度、杨氏模量及泊松比随温度变化的关系曲线，同时拟合了水泥石机械性能随温度变化的函数关系式，并形成了考虑温度对水泥石机械性能影响的非线性物理方程；利用热重和XRD实验，对不同温度养护的水泥石进行了物性分析，通过SEM对水泥石的微观形貌进行了对比分析，初步探索了温度影响水泥石机械性能的内在原因。研究发现:相同养护天数下，水泥石在60℃及80℃条件下，机械性能存在突变区间，而80℃以上养护的水泥石其机械性能没有显著差异，同时发现温度介于突变区间以下，机械性能呈二次函数变化，高于突变区间则呈指数函数变化；结合微观分析结果发现，水泥石水化产物及水化程度的不同，是导致水泥石机械性能存在突变区间的原因。      

吉木萨尔页岩油井水泥环性能评价

水力压裂技术是提高页岩油井产能的重要手段,压裂过程中固井水泥石力学行为对油气井安全和高效生产有重要影响。基于吉木萨尔地区固井水泥浆体系配方,设计了水泥试样养护模具及水泥胶结强度测试方案,养护了水泥石标准圆柱试样及水泥石胶结试样,开展了模拟井底条件下单/三轴压缩实验、循环加载实验以及胶结强度实验,探究了固井水泥石本体、胶结面损伤及破坏规律。研究结果表明：单轴压缩条件下,水泥石具有显著的弹脆特性,破坏时水泥本体形成宏观裂隙,水泥弹性模量均值为3.054 GPa,泊松比均值为0.127;三轴条件下水泥石强度及塑性特征得到增强;循环加载过程中,水泥石塑性变形存在双线性累积现象,塑性变形量与载荷峰值呈正相关,载荷峰值由22.7 MPa增至53.2 MPa时,循环20次后的塑性应变由0.24%增至2.46%;水泥胶结面为天然力学弱层,水泥石胶结强度小于1 MPa,远低于水泥石本体强度,是井筒密封失效的风险点位。     

螺杆压缩机阳转子轴断裂及预防措施

对输送放火炬气的LG-30/8型湿式水冷双螺杆压缩机阳转子轴断裂的原因进行了分析,通过分析腐蚀产物和观察断口形貌,判断为湿硫化氢环境下发生的腐蚀疲劳破坏,并存在有应力腐蚀开裂倾向。影响轴断裂的主要因素:介质成分复杂、腐蚀性强,压缩机转子处于化学腐蚀和应力腐蚀的环境;梳齿密封与轴的磨擦;变截面处应力集中倾向大;转子轴所承受交变应力;马氏体不锈钢对钝化膜破坏的自修复能力不足;热处理中组织相变不均匀等。对于2Cr13整体转子,采取改进热处理工艺、提高材料的机械性能、减小断裂处的应力集中和控制冷却水的腐蚀性等措施,可有效防止轴断裂。采取2Cr13螺杆与35Cr Mo(或25Cr2Mo VA等)轴组合的镶嵌结构转子,螺杆的耐腐蚀和轴的抗断裂性能皆较好,可用于新制转子和旧转子的修复。     

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磨溪气田的天然气中，Ｈ２Ｓ含量为１．６６％～２．３５％，ＣＯ２含量为０．３６％～０．８９％，少量地层水含有Ｈ２Ｓ、ＣＯ２、Ｃｌ－，其矿化度为６９６３０～２２２８２０ｍｇ／Ｌ。该气田自１９９４年３月正式投入开发后，气田地下管串及地面集输系统受到严重腐蚀，导致油管断裂，油嘴、针阀被刺，水套炉、输气支线经常堵塞，集气干线超压，清管频繁，严重危及气田安全生产。研究发现，腐蚀以电化学腐蚀和Ｈ２Ｓ腐蚀为主，兼有ＣＯ２、硫酸盐还原菌（ＳＲＢ）等腐蚀。针对磨溪气田腐蚀特点而研制的ＣＺ３—１，３复合缓蚀剂，无论在常压条件下，还是在高压条件下，对气／液相均具有十分良好的缓蚀效果，只需很少用量，便可有效抑制Ｈ２Ｓ、ＣＯ２、Ｃｌ－及高矿化度引起的电化学腐蚀和Ｈ２Ｓ应力腐蚀。ＣＺ３—１，３复合缓蚀剂可广泛用于油气田开采和集输系统工艺流程中的井下套管、地面设施以及集输管网等的防腐。     

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长庆气田开发过程中，硫化氢、二氧化碳、氯离子及水等多种腐蚀介质对井下管柱，地面采、集、输设备会产生不同程度的腐蚀，造成油、套管的断裂，井口装置失灵，集输管线爆破等事故。该气田腐蚀主要有硫化物应力腐蚀和酸性气体的电化学失重腐蚀两类。初期开发的气井由于井底残存部分积液，其中溶有一定量的酸性气体，从而形成酸液对井下管柱的腐蚀破坏。随着气井开发周期的延长，酸液腐蚀过程中产生的Ｈ＋在井下高温高压的作用下将不断地渗入到管柱内，从而降低管柱的硬度和强度，在拉应力的作用下将会造成管柱的应力变形或断裂。为抑制腐蚀介质的腐蚀破坏，建立了气田防腐专项研究项目，从根本上探明长庆气田的腐蚀特点，并借鉴国内其它油气田有关防腐工作的研究结果，开发出适合长庆气田的防腐措施，确保气田长期、高效地开发生产。     

缓蚀剂HC01缓蚀行为研究

加工高酸、高硫原油过程中,减粘顶水对塔顶冷凝系统和材质为20号钢的流出管线腐蚀严重,为了减少腐蚀过程对管线和设备的危害,有必要提出有效的防腐措施。通过失重法和电化学交流阻抗法,对11种顶水介质常用缓蚀剂进行筛选,研究了不同浓度下各缓蚀剂的缓蚀性能,针对缓蚀效果优良的咪唑啉缓蚀剂HC01最佳用量及其在20号钢表面的吸附行为进行了研究。结果表明:缓蚀剂HC01最佳浓度为145.5 mg/L,缓蚀率高达90.26%,在20号钢表面的吸附行为服从Langmuir吸附等温式,属于化学吸附。咪唑啉缓蚀剂HC01在减粘顶水介质中对20号钢的缓蚀效果明显,建议现场应用。     

渣油加氢装置湿硫化氢腐蚀及防护

分析了加氢装置中硫化氢的来源并阐述了高温硫化氢、湿硫化氢的腐蚀机理和形态,重点强调了湿硫化氢腐蚀主要为应力腐蚀开裂以及给工程带来的危害。文章以典型的渣油加氢装置为例,分析了渣油加氢装置中包括原料油、反应流出物和循环氢脱硫等高压系统的腐蚀部位及介质环境。结合湿硫化氢的腐蚀机理、腐蚀类型和工程实际应用情况,论述了渣油加氢装置3个高压系统中湿硫化氢的腐蚀形式,并提出了选材标准、原则和常用的防腐蚀措施。还分别从材料的生产方式、交货状态和纯净度等方面从满足抗硫化物应力腐蚀开裂和抗氢诱发裂纹的角度提出了制造、热处理和表面缺陷等方面的具体要求。并提出防腐蚀的关键是要清楚生产装置中相关系统的介质,尤其是压力、温度、介质组成、介质质量浓度、相变和pH值等细节,才能做到正确选材。     

液化石油气球罐腐蚀分析及管理

通过对炼油厂储存液态烃球罐的腐蚀环境及维修历史的分析、腐蚀介质对球罐腐蚀的类型及其机理的探讨,得出引起LPG球罐腐蚀主要因素是硫化物应力腐蚀。提出加强球罐日常运行中的腐蚀物检测、控制H2S质量浓度10mg／L内、H2S含量超标的LPG停留球罐时间不超过48h、腐蚀裂纹维修后球罐表面硬度控制在HB200内并且作应力消除处理及做好球罐防腐等方式,是控制硫化物应力腐蚀的现实可行的管理方法,可以消除长周期运行中球罐内可能的腐蚀介质对球罐带来的安全影响。     

加氢裂化装置管道腐蚀类型及材料的选用

介绍了加氢裂化装置中的主要腐蚀类型：高温氢损伤、高温H2＋H2S、高温硫腐蚀、湿H2S腐蚀、环烷酸腐蚀、NH4Cl及NH2HS腐蚀、连多硫酸腐蚀、胺应力腐蚀开裂以及装置中主要发生腐蚀的部位;分析了各种腐蚀发生的机理,提出了各腐蚀环境下管道材料的选用原则。     

汽提装置富氨气系统腐蚀分析

对两个系列的环保装置——酸性水汽提装置的酸性水介质、材质及富氨气系统腐蚀情况进行了分析.结果表明,Ⅱ系列酸性水中的硫化物和氨氮含量比Ⅰ系列高,富氨气分液罐在较高的pH值和存在水的情况下会形成湿硫化氢腐蚀环境,造成湿硫化氢腐蚀;而富氨气氨冷却器则是硫氢化铵腐蚀.通过管束内流速对冷却器的腐蚀速率进行了评估,并提出有效抑制腐蚀的改进措施.     

液化石油气球罐腐蚀原因分析及改进措施

介绍了液化石油气球罐腐蚀开裂的危害，对中国石化北京燕化石油化工股份有限公司化工一厂油品车间球罐的腐蚀原因进行了分析。引用湿硫化氢腐蚀的机理，对球罐硫化氢腐蚀进行了详细论述，并针对已腐蚀的球罐采取打磨消除球罐内表面裂纹、补焊、局部热处理、喷涂防护层等措施，取得了较好的治理效果。     

地层水在固井水泥中的渗透及对套管的腐蚀

介质渗透是固井水泥发生各种腐蚀的必要条件,也是套管外壁发生腐蚀的首要条件。模拟固井水泥的实际应用环境,将套管钢嵌入G级固井水泥中,采用开路电位法和动电位扫描极化法,研究了含饱和CO₂地层水介质在水泥中的渗透和套管的腐蚀。结果表明,动电位扫描极化法和半电位法都便于测定介质在固井水泥中的渗透时间。由极化曲线特征可知氯离子发生了优先渗透,水泥包覆下套管的腐蚀受阳极过程的电化学和扩散步骤共同控制。介质在水泥中渗透初期,钢的腐蚀速率很低,CO₂的渗入起到了阳极去极化的作用,使钢的腐蚀逐渐增大,并最终形成较严重的局部腐蚀。固井水泥的渗透深度与时间呈幂函数关系,指前因子和幂指数分别为0.85和0.62,故随着水泥环厚度增大,渗透时间缓慢增加。