蘇里格氣田某井常用鋼材腐蝕規(guī)律研究

姬文婷，王會昌，姬文瑞，倪炳華

(1 西安石油大學化學化工學院，陜西省油氣田環(huán)境污染控制與儲層保護重點實驗室，

陜西　西安　710065；2 陜西延長石油管道運輸公司，陜西　志丹　717500；

3 延長油田股份有限公司永寧采油廠,陜西　志丹　717500)

?

蘇里格氣田某井常用鋼材腐蝕規(guī)律研究

姬文婷1，王會昌2，姬文瑞3，倪炳華1

(1 西安石油大學化學化工學院，陜西省油氣田環(huán)境污染控制與儲層保護重點實驗室，

陜西西安710065；2 陜西延長石油管道運輸公司，陜西志丹717500；

3 延長油田股份有限公司永寧采油廠,陜西志丹717500)

蘇里格氣田某井的氣質(zhì)資料為CO2體積含量為0.127%，本論文通過現(xiàn)場腐蝕掛片測試，采用失重法、掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDS)及X射線衍射(XRD)等，在現(xiàn)場試驗條件下，對四種不同材質(zhì)的腐蝕行為進行研究，結(jié)果表明：該井4種材質(zhì)J55L、N80T、TP80、N80L腐蝕速率均在0.025～0.125 mm/a之間，該氣井屬于中度腐蝕；腐蝕產(chǎn)物主要由FeS組成，說明該井的腐蝕為H2S的酸性腐蝕。產(chǎn)物中出現(xiàn)較高比例的BaSO4，腐蝕產(chǎn)物膜中沒有FeCO3，說明BaSO4的形成抑制了CO2對鋼材的腐蝕；該井的腐蝕可能硫酸鹽還原菌起到了一定的作用，在硫酸鋇垢下營造的極好的厭氧環(huán)境有利于硫酸鹽還原菌的繁殖，產(chǎn)生S2-。對于該氣井，4種材質(zhì)的耐蝕結(jié)果為：N80L>J55L> TP80>N80T。

氣井；腐蝕；材質(zhì)

二氧化碳腐蝕問題是油氣井以及油田生產(chǎn)開發(fā)面臨的一個嚴重的問題，CO2/H2S腐蝕是世界石油天然氣工業(yè)中常見的腐蝕類型之一，也是目前腐蝕與防護領(lǐng)域中非常重要的研究課題，它們?nèi)苡谒笮纬扇跛?，對石油、天然氣的開采、煉制和集輸設(shè)備產(chǎn)生了嚴重腐蝕，導致設(shè)備的使用時間降低，隨著石油天然氣工業(yè)的發(fā)展，含H2S、CO2等氣體給油氣田生產(chǎn)開發(fā)帶來強大的挑戰(zhàn)。CO2和H2S兩種氣體單獨存在與CO2和H2S共同存在對鋼材腐蝕有顯著差異[1]。目前，國內(nèi)外對CO2/H2S共同存在情況的研究并不是十分的全面[2]，本文主要針對4種材質(zhì)J55L、N80T、TP80、N80L的腐蝕行為進行現(xiàn)場試驗和研究，通過失重法、掃描電鏡(SEM)、能譜分析(EDS)及X 射線衍射(XRD)等， 對現(xiàn)場試驗條件下的腐蝕掛片進行比對分析，以確定其腐蝕類型，旨在為該氣田防腐實踐提供具有針對性和指導意義的理論依據(jù)。

1　實　驗

1.1實驗?zāi)康?/p>

腐蝕掛片是將目標材質(zhì)的掛片放入氣井預(yù)定的深度，在氣井一定工況條件下(開井、關(guān)井、加或不加注緩蝕劑、加注不同型號緩蝕劑)懸掛一定時間后取出，然后通過腐蝕速率測定、形貌分析等手段確定掛片的腐蝕情況，通過對比分析多組掛片的腐蝕規(guī)律。

1.2實驗方法

測試前將掛片材料按照《NACE international standard》標準，做成長方體形狀，按照掛片下井前處理技術(shù)進行處理、編號、確定并登記基本面積、重量等參數(shù)，用圖示裝置掛入井內(nèi)，198天。測試完成后，連接防噴管，取出掛片支架，對掛片進行拆卸后，迅速裝入三菱厭氧盒，送至實驗室后，依然按照《NACE international standard》標準，進行掛片處理前流程進行清潔等處理，然后進行X衍射分析、電鏡掃描分析、x射線能量色散譜分析儀EDS分析，對掛片表面腐蝕深度較深的坑點進行分析，每個材質(zhì)選五個掛片進行酸洗后稱重，并計算出每種材質(zhì)掛片的平均腐蝕速率。

1.3腐蝕掛片處理

對四種材料的每五個掛片進行電鏡掃描; 對每一種材料選取掛片表面的不同區(qū)域進行EDS能譜分析;選取腐蝕產(chǎn)物較多的J55材質(zhì)的189號掛片、N80T材質(zhì)的191號掛片、TP80材質(zhì)的001號掛片、N80L材質(zhì)的050號掛片進行了X衍射腐蝕產(chǎn)物分析;不同材質(zhì)的掛片在同一條件的腐蝕速率。

1.4腐蝕速率的計算方法，各個參數(shù)的確定

腐蝕速度公式如下:

式中：rcorr——均勻腐蝕速率，mm/a

m——實驗前的試片質(zhì)量，g

mt——實驗后的試片質(zhì)量，g

s——試片的總表面積，cm2

ρ——試片材料的密度，g/cm3，對于鋼材,ρ=7.86 g/cm3

t——實驗時間，h

2　結(jié)果與討論

2.1實驗井相關(guān)資料

實驗井無阻流量174.0298104 m3/d，地層壓力為30.628 MPa，天然氣密度為0.5851，視臨界溫度195.707 K，視臨界壓力4.691 MPa，天然氣組成性質(zhì)分析見表1。

表1　天然氣組成性質(zhì)結(jié)果表

2.2四種材質(zhì)腐蝕速率分析結(jié)果

選擇四種材質(zhì)的鋼材J55L、N80T、N80L和TP80進行腐蝕速率測定，對比數(shù)據(jù)見表2。

表2　四種不同材質(zhì)鋼材腐蝕速率對比表

由表2可知，該井4種材質(zhì)掛片的平均腐蝕速率如下：J55L為0.0400 mm/a，N80T為0.0644 mm/a，TP80為0.0396 mm/a，N80L0為0.0269 mm/a，腐蝕速率均在0.025～0.125 mm/a之間，由NACE(腐蝕工程協(xié)會)在標準RP-0775-91中對腐蝕程度的規(guī)定可知，該氣井屬于中度腐蝕。對于該氣井，4種材質(zhì)的耐蝕結(jié)果為：N80L>J55L>TP80>N80T。

2.3掃描電鏡與能譜分析

圖1　四種不同鋼材掃描電鏡對比圖(×1000)

圖2　不同鋼材能譜分析圖對比

對該氣井四種材質(zhì)的腐蝕掛片進行掃面電鏡(SEM)和能譜分析(EDS)。通過SEM(×1000)和EDS對腐蝕掛片進行微觀形貌觀察，由圖1可以看出腐蝕后掛片表面不平整，局部有腐蝕發(fā)生，表面有疏松的晶體產(chǎn)物覆蓋，晶體間存在縫隙。對四種材質(zhì)的掛片表面腐蝕產(chǎn)物膜進行能譜分析(EDS)如圖2，結(jié)合腐蝕產(chǎn)物的能譜分析結(jié)果(表3)可知，腐蝕產(chǎn)物膜中主要含有C、O、Na、Mg、S、Cl、Ca、Fe、Ba等元素，而未腐蝕的掛片EDS分析結(jié)果只有Fe、Si和Mn，除上述3種元素其余元素均來自掛片腐蝕產(chǎn)物和伴生水中的離子在腐蝕掛片表面結(jié)晶析出的無機鹽。由能譜對比分析，F(xiàn)e、S、O等元素含量較高。N80L材質(zhì)的5個掛片腐蝕產(chǎn)物EDS分析均檢出S元素，部分有C和Ba元素，合并氣質(zhì)資料可推斷該氣井腐蝕為CO2作用下的酸性腐蝕，而硫元素的出現(xiàn)是主要歸功于硫酸鹽結(jié)晶，尤其是硫酸鋇和硫酸鈣，還是硫酸鹽還原菌的作用，具體結(jié)果需要結(jié)合X-衍射和細菌分析結(jié)果而定。

表3　不同材質(zhì)腐蝕掛片上腐蝕產(chǎn)物的能譜分析結(jié)果

2.4腐蝕產(chǎn)物X-衍射分析

通過J55L鋼材184號掛片、N80T鋼材197號掛片、N80L鋼材043號掛片和TP80鋼材008號掛片進行X-衍射分析分析，由X-衍射分析結(jié)果(表4)可知，腐蝕產(chǎn)物主要由FeS組成，產(chǎn)物中出現(xiàn)較高比例的BaSO4，存在明顯的結(jié)垢現(xiàn)象，腐蝕產(chǎn)物膜中沒有FeCO3，說明BaSO4的形成抑制了CO2對鋼材的腐蝕。

表4　蘇東71-2井不同材質(zhì)腐蝕產(chǎn)物X-衍射分析結(jié)果

3　結(jié)　論

(1)該井4種材質(zhì)J55L、N80T、 TP80、N80L腐蝕速率均在0.025～0.125 mm/a之間，該氣井屬于中度腐蝕。

(2)腐蝕產(chǎn)物主要由FeS組成，說明該氣井的腐蝕為H2S的酸性腐蝕。產(chǎn)物中出現(xiàn)較高比例的BaSO4，腐蝕產(chǎn)物膜中沒有FeCO3，說明BaSO4的形成抑制了CO2對鋼材的腐蝕。

(3)該井的腐蝕可能硫酸鹽還原菌起到了一定的作用，在硫酸鋇垢下營造的極好的厭氧環(huán)境有利于硫酸鹽還原菌的繁殖，產(chǎn)生S2-。

(4)對于該氣井，4種材質(zhì)的耐蝕結(jié)果為：N80L>J55L> TP80>N80T。測試結(jié)果顯示腐蝕四種材質(zhì)掛片腐蝕均屬中度腐蝕，腐蝕掛片表面結(jié)鹽狀況比較嚴重，此種狀況可能會導致井筒鋼管發(fā)生嚴重的點蝕，危害可能會很嚴重。

[1]艾俊哲,梅平,陳武,等.碳鋼CO2/H2S腐蝕及緩蝕行為試驗研究[J].長江大學學報(自然科學版),2006,3(4):39-41.

[2]SrinivasanS1 Exp eriment simulat ion of mult iphase CO2/H2S system [J].Corrosion,1999(14): 1168-1182.

[3]馮拉俊,馬小菊,雷阿利．硫離子對碳鋼腐蝕性的影響[J]．腐蝕科學與防護技術(shù),2006,18(3):182．

[4]劉偉,蒲曉林,白小東,等．油田硫化氫腐蝕機理及防護的研究現(xiàn)狀及進展[J]．石油鉆探技術(shù)，2008,36(1):83．

[5]楊懷玉,陳家堅,曹楚南,等．H2S水溶液中的腐蝕與緩蝕作用機理的研究[J]．中國腐蝕與防護學報，2000，2(20):102．

[6]唐俊文,邵亞薇,郭金彪,等．碳鋼在90 ℃、H2S-HCl-H2O環(huán)境下的腐蝕行為Ⅰ-H2S濃度對碳鋼腐蝕行為的影響[J]．中國腐蝕與防護學報,2011,31(1):29．

[7]Chengqiang Ren，Daoxin Liu，Zhenquan Bai．Corrosion behavior of oil tube steel in simulant solution with hydrogen sulfide and carbon dioxide[J]．Materials Chemistry and Physics，2005，2(93)：305-309．

[8]黃國連．油田注水腐蝕問題研究明[J]．四川化工與腐蝕控制，1999，26(4):11-15．

Study on Corrosion of the Steel Commonly Used in a Well of Sulige Gas Field

JIWen-ting1,WANGHui-chang2,JIWen-rui3,NIBing-hua1

(1 Key Laboratory of Shanxi Province for Environmental Pollution Control Technology &Reservoir Protection of Oilfield, College of Chemistry & Chemical Engineering, Xi’an Shiyou University,Shaanxi Xi’an 710065;2 Shaanxi Yanchang Petroleum Pipeline Company, Shaanxi Zhidan 717500;3 Yongning Oil Production Plant, Yanchang Oilfield Corporation Limited, Shaanxi Yulin 717500, China)

Sulige gas field is in a well temperament volume data for CO2content of 0.127%. Through the field of corrosion coupon tests, using weight loss method, scanning electron microscopy (SEM), spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD), etc, in the field test conditions, the corrosion behavior of four different materials were studied, the results showed that in the well four kinds of materials J55L, N80T, TP80, N80L corrosion rates were between 0.025～0.125 mm/a, the gas belong to moderate corrosion, corrosion products were mainly composed by FeS, indicating the well corrosion was mainly H2S acid corrosion. A higher proportion of BaSO4product appeared, corrosion product film had no FeCO3, explained the formation of BaSO4inhibited corrosion of steel by CO2corrosion, the sulfate-reducing bacteria may play a role. In excellent anaerobic environment created by barium sulfate conducive to the propagation of sulfate-reducing bacteria, S2-was produced. For the wells, materials corrosion result was as follows: N80L>J55L>TP80>N80T.

gas well; corrosion; material

姬文婷(1990-)，女，碩士研究生在讀，主要從事油田腐蝕與防護研究。

TG172.2

B

1001-9677(2016)05-0121-03