多元熱流體腐蝕監(jiān)測裝置研制與應(yīng)用評價

馬增華 孫永濤 林 濤 劉海濤 孫玉豹 王少華

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院)

多元熱流體腐蝕監(jiān)測裝置研制與應(yīng)用評價

馬增華 孫永濤 林 濤 劉海濤 孫玉豹 王少華

(中海油田服務(wù)股份有限公司油田生產(chǎn)研究院)

腐蝕是制約多元熱流體技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵因素。采用高溫緩蝕劑后,防腐效果良好,但未獲取現(xiàn)場腐蝕速率。針對此,研制了腐蝕監(jiān)測裝置,將兩個P110鋼掛片置于多元熱流體注熱管線中,現(xiàn)場實施多元熱流體熱采,10天平均腐蝕速率為0.090 5 mm/a,為均勻腐蝕,腐蝕產(chǎn)物主要是Fe2O3,驗證了緩蝕劑防腐效果良好,滿足目前多元熱流熱采防腐要求。

多元熱流體 腐蝕 監(jiān)測 產(chǎn)物

隨著多元熱流體熱采技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展,對多元熱流體腐蝕也進(jìn)行了相關(guān)研究。通過對這種高溫、高壓復(fù)雜流體在不同溫度、壓力、氣體組成、礦化度、流速等因素下的考察,初步認(rèn)識了多元熱流體的腐蝕規(guī)律[1-2]。注入緩蝕劑進(jìn)行防腐是一種比較成熟的防護(hù)手段,針對多元熱流體的腐蝕規(guī)律,研發(fā)了適用于多元熱流體條件下的緩蝕劑應(yīng)用于現(xiàn)場作業(yè)中,從油管表面看,抑制腐蝕情況良好[3-4],但未獲取現(xiàn)場腐蝕數(shù)據(jù)。失重法是國內(nèi)外普遍采用的腐蝕監(jiān)測方式,數(shù)據(jù)具有廣泛認(rèn)可性。腐蝕掛片器是采用掛片失重法來檢測管道的腐蝕,是一種很直觀、方便的經(jīng)典方法。基于此,研制了高溫腐蝕監(jiān)測裝置并應(yīng)用于現(xiàn)場,獲取了現(xiàn)場工況條件下的腐蝕數(shù)據(jù)。

1 腐蝕監(jiān)測裝置研制

1.1 設(shè)計思路

(1)要反映現(xiàn)場管道腐蝕。腐蝕監(jiān)測裝置將與現(xiàn)場管道處于同一介質(zhì)中,不能產(chǎn)生其他電偶腐蝕等情況,腐蝕掛片裝置主體材質(zhì)均與現(xiàn)場管道保持一致。

(2)實現(xiàn)多元熱流體現(xiàn)場工況溫度和壓力要求。

(3)方便連接和重復(fù)使用。

(4)保證生產(chǎn)時多元熱流體順利通過腐蝕監(jiān)測裝置時不產(chǎn)生明顯流動阻力以及能準(zhǔn)確代表管道內(nèi)壁的腐蝕和測量準(zhǔn)確性,腐蝕掛片應(yīng)具有一定表面積。

(5)腐蝕掛片裝置的材質(zhì)需具有良好耐蝕性能,可多次重復(fù)使用。

1.2 設(shè)計及加工制造

按照設(shè)計思路,設(shè)計采用16Mn鋼材質(zhì),所有配件耐壓等級選取2500LB,能夠耐壓42 MPa,所有器件壁厚均為XXS級別,采用與現(xiàn)場注熱管道同樣的法蘭連接方式,將腐蝕掛片所處的管道變大,直徑由5.08 cm變到10.16 cm,腐蝕掛片尺寸為50 mm× 22 mm×3 mm,掛片通過螺母栓接固定,安裝保證試片較大面積的一面與管道內(nèi)流體方向基本平行,設(shè)計示意圖如圖1所示。

裝置按照設(shè)計圖紙安裝,焊接按照GB/T 985.1-2008《氣焊、焊條電弧焊、氣體保護(hù)焊和高能束焊的推薦坡口》、GB/T 985.2-2008《埋弧焊的推薦坡口》及SY/T 0452-2012《石油天然氣金屬管道焊接工藝評定》進(jìn)行焊接,焊接采用氬弧焊打底,手工電弧焊罩面,按照設(shè)計要求,完成腐蝕掛片裝置加工(見圖2)。

2 腐蝕監(jiān)測裝置現(xiàn)場監(jiān)測

將腐蝕監(jiān)測裝置與地面注熱管線以法蘭形式連接,試壓合格后進(jìn)行注多元熱流作業(yè),現(xiàn)場安裝見圖3。試驗材質(zhì)為P110鋼,注熱流體溫度為240℃,壓力18 MPa,介質(zhì)組成為p(CO2)2 MPa+ p(O2)0.02 MPa,伴注高溫緩蝕劑質(zhì)量濃度為750 mg/L,注熱試驗時間為10天。

3 結(jié)果與討論

取出腐蝕試片,參考JB/T 7901-2001《金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸試驗方法》及SY/T 5273-2000《油田采出水用緩蝕劑性能評價方法》進(jìn)行試驗處理分析,試驗結(jié)果見表1。

表1 現(xiàn)場試片的腐蝕速率Table 1 Corrosion rate of field coupon

試驗前試片均平整光亮,試驗后腐蝕試片表面呈黑褐色,腐蝕產(chǎn)物有部分脫落。10天的平均腐蝕速率為0.090 5 mm/a,略偏高;兩個試片的腐蝕速率存在較大差異,可能與兩個試片放置時并非完全與流體方向平行有關(guān),即244號鋼片受到的熱流體沖刷作用較強(qiáng),如圖4和圖5。

將腐蝕試樣經(jīng)過石油醚、無水乙醇處理雜質(zhì),冷風(fēng)吹干放置于干燥器干燥后,進(jìn)行樣品掃描電鏡/能譜分析和X射線衍射分析。

圖6和圖7是腐蝕試片表面SEM形貌,圖8和圖9是表面元素能譜分析結(jié)果。兩個試片的表面形貌基本類似,存在大量腐蝕產(chǎn)物堆積,腐蝕產(chǎn)物尺寸大小不等,其間存在較多空洞,腐蝕產(chǎn)物整體較為疏松。表面元素分析表明,腐蝕產(chǎn)物主要組成元素為C、O、Fe,還存在少量Cl,說明腐蝕表面可能存在Fe的氧化物或者FeCO3,以及吸附了腐蝕性介質(zhì)Cl-。

對現(xiàn)場樣表面的腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行XRD分析,如圖10和圖11所示。XRD結(jié)果表明,各主要洐射峰均對應(yīng)氧化鐵,即腐蝕試片的表面腐蝕產(chǎn)物主要是Fe2O3。

經(jīng)注熱10天后的掛片腐蝕速率為0.090 5 mm/a,與同種條件下的室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)0.107 72 mm/a基本吻合[5],略高于SY/T 5329-2012《碎屑巖油藏注水水質(zhì)指標(biāo)及分析方法》中的0.076 mm/a的限制標(biāo)準(zhǔn),但它是基于水質(zhì)其他控制指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后的一個必然數(shù)值,并不是材質(zhì)要求的數(shù)值,考慮到多元熱流體苛刻的條件,目前采用的緩蝕劑防護(hù)工藝滿足防腐需求。

4 結(jié)論

(1)腐蝕監(jiān)測裝置經(jīng)現(xiàn)場高溫注熱試驗,獲取了有效的腐蝕數(shù)據(jù),可重復(fù)使用,達(dá)到設(shè)計要求。

(2)現(xiàn)場實施多元熱流體作業(yè)10天、溫度240℃、伴注750 mg/L高溫緩蝕劑的情況下,P110鋼掛片的平均腐蝕速率為0.090 5 mm/a;腐蝕產(chǎn)物主要是Fe2O3。

[1]孫永濤,程鵬,馬增華,等.高溫多元熱流體注采液中N80鋼的腐蝕行為[J].腐蝕與防護(hù),2012,33(3):218-221.

[2]孫永濤,付朝陽,楊秀蘭.高溫多元熱流體注采中管材腐蝕分析[J].石油與天然氣化工,2012,41(4):408-410.

[3]馬增華,孫永濤,劉海濤,等.多元熱流體中P110鋼的腐蝕與防護(hù)[J].石油與天然氣化工,2012,41(4):583-585.

[4]趙利昌,馬增華,孫永濤,等.高溫多元熱流體注采緩蝕劑的性能[J].腐蝕與防護(hù),2013,34(1):64-66.

[5]劉海濤,孫永濤,馬增華,等.高溫CO2/O2體系中P110鋼的腐蝕與防護(hù)研究[J].鉆采工藝,2013,36(1): 85-87.

Development of a multi-component thermal fluid corrosion monitoring device and its application evaluation

Ma Zenghua,Sun Yongtao,Lin Tao,Liu Haitao,Sun Yubao,Wang Shaohua
(COSL Production Optimization Division,Tianjin 300450,China)

Corrosion is the key factor restraining the promotion of multi-component thermal fluid technology.High temperature corrosion inhibitor has good protective effect,but the main corrosion rate could not be gotten.Hereto.A corrosion monitoring device is developed by placing two P110 coupons in the thermal fluid injection tube.After multi-component thermal fluid recovery for ten days,the corrosion is uniform,average corrosion rate is 0.090 5 mm/a,and the main corrosion product is Fe2O3.The result verifies the protection effect of the corrosion inhibitor, which can meet the anti-corrosion requirement for multi-component thermal fluid recovery.

multi-component thermal fluid,corrosion,monitor,product

TE988.2

A

10.3969/j.issn.1007-3426.2014.05.013

2014-03-06;編輯:馮學(xué)軍

國家重大科技專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”(2011ZX05057-005-001)。

馬增華(1984-),2007年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)應(yīng)用化學(xué)專業(yè),從事海上油田稠油熱采工藝研究工作。地址:(300450)天津市塘沽區(qū)營口道938號天津科技大學(xué)2號樓。電話022-66907940。E-mail:mazh@cosl.com.cn