毛學(xué)強(qiáng)，謝俊峰，宋文文，周懷光，趙密鋒，陳 洪

（1.中國(guó)石油塔里木油田油氣工程研究院，庫(kù)爾勒841000；2.中國(guó)石油塔里木油田開(kāi)發(fā)事業(yè)部，庫(kù)爾勒841000）

1 概況

LN206井是電泵井，自上次檢泵后僅運(yùn)行43d就出現(xiàn)腐蝕泄漏現(xiàn)象，檢泵（作業(yè)井段4 819m）中發(fā)現(xiàn)第251根新油管（材質(zhì)為P110碳鋼，尺寸為φ73.02mm×5.51mm）與泄油閥連接（2 413.94m井深處）的絲扣處已發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。作業(yè)前生產(chǎn)情況為井口油壓0.46MPa，套壓0.41MPa，井口溫度為29℃，日產(chǎn)油3.89t、水8.11t、氣550m3，綜合含水率67.60%。井下地層水pH為6.28，其礦化度及Cl-濃度見(jiàn)表1。天然氣中含有一定CO2。

表1 LN206井工況條件 mg·Lˉ1

2 理化性能測(cè)試

2.1 宏觀形貌分析

觀察管樣和泄油閥內(nèi)、外壁腐蝕的宏觀形貌，并采用數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行拍照記錄。

2.2 化學(xué)成分分析

依據(jù)ASTM A751-2008，采用ARL 4460直讀光譜儀取樣分析了管樣和泄油閥的化學(xué)成分。

2.3 金相組織分析

依據(jù)GB／T 13298-1991，GB／T 6394-2002和GB／T 10561-2005，采用MeF3A金相顯微鏡、MEF4M金相顯微鏡及圖像分析系統(tǒng)分析管樣和泄油閥的金相組織、晶粒度及非金屬夾雜物。

2.4 腐蝕電位測(cè)試

采用美國(guó)PerkinElmer公司生產(chǎn)的M273型恒電位儀對(duì)管樣和泄油閥進(jìn)行開(kāi)路電位測(cè)試，測(cè)試溫度為90℃，溶液為Cl-質(zhì)量濃度為11 560mg·L-1的飽和CO2溶液。該電化學(xué)測(cè)試采用三電極系統(tǒng)，輔助電極為石墨電極，參比電極飽和甘汞電極（SCE），工作電極為試樣，工作面積1.0cm2。

2.5 腐蝕產(chǎn)物形貌及成分分析

采用掃描電鏡觀察管樣內(nèi)壁的腐蝕產(chǎn)物微觀形貌，并采用能譜分析儀分析腐蝕產(chǎn)物的成分。

3 測(cè)試結(jié)果

3.1 宏觀形貌

油管管體外壁腐蝕較輕，無(wú)明顯腐蝕產(chǎn)物及腐蝕坑。但外螺紋處局部腐蝕較嚴(yán)重，形成了大量腐蝕坑，其中一處已完全被腐蝕，并且螺紋發(fā)生損傷，見(jiàn)圖1。泄油閥外壁基本無(wú)腐蝕，且有明顯的金屬光澤，見(jiàn)圖2。

將兩個(gè)管樣對(duì)剖，觀察其內(nèi)壁腐蝕狀況。油管內(nèi)壁呈輕微的均勻腐蝕，表面有少量的腐蝕產(chǎn)物，無(wú)明顯的腐蝕坑，管壁基本無(wú)減薄，見(jiàn)圖3。泄油閥內(nèi)壁無(wú)明顯的腐蝕產(chǎn)物且有金屬光澤，見(jiàn)圖4。

3.2 金相組織

表2、圖5和圖6為金相組織、晶粒度檢驗(yàn)結(jié)果。可以看出，油管和泄油閥的組織均為回火索氏體（S回），油管金相組織無(wú)異樣，未發(fā)現(xiàn)粗大組織及超尺寸夾雜物。

表2 試樣金相組織檢測(cè)結(jié)果

3.3 化學(xué)成分

表3為油管和泄油閥的化學(xué)成分分析結(jié)果。由表3可見(jiàn)，油管屬于普通碳鋼材料，化學(xué)成分符合API Spec 5CT要求；而泄油閥則屬于不銹鋼材質(zhì)，其鉻含量高達(dá)11.70%，是油管含鉻量的325倍。（注：API Spec 5CT中對(duì)兩種鋼的化學(xué)成分僅對(duì)磷和硫兩元素的上限作為規(guī)定，并未對(duì)其他元素的組成作規(guī)定）

表3 試樣主要化學(xué)成分分析結(jié)果 %

3.4 開(kāi)路電位測(cè)試

圖7為油管和泄油閥的開(kāi)路電位測(cè)試結(jié)果。由圖7可見(jiàn)，油管的自腐蝕電位為-655mV（SCE），而泄油閥的自腐蝕電位為-542mV（SCE），兩者相差約110mV（SCE）。

圖7 開(kāi)路電位測(cè)試結(jié)果

3.5 腐蝕產(chǎn)物形貌及成分分析

圖8為外螺紋腐蝕部位的微觀形貌圖?？梢钥闯?，腐蝕表面覆蓋大量疏松狀的腐蝕產(chǎn)物。腐蝕坑表面的能譜分析結(jié)果表明，腐蝕產(chǎn)物主要含有鐵、碳、氮等元素，并含有一定量氯元素，如圖9所示。

4 腐蝕原因分析

油管的金相組織無(wú)異常，化學(xué)成分符合API Spec 5CT要求，但其鉻含量?jī)H為0.036%，屬于普通碳鋼，而泄油閥含鉻量高達(dá)11.70%，屬于耐蝕材料，這引起油管和泄油閥材質(zhì)電位的不同。經(jīng)開(kāi)路電位測(cè)試，在模擬工況條件下，泄油閥的開(kāi)路電位明顯高于油管的電位，電位差達(dá)110mV。一旦這兩種電位差較大的異種金屬相連接，將會(huì)形成電偶對(duì)而加速油管的腐蝕。

對(duì)油管及泄油閥內(nèi)外表面進(jìn)行的宏觀及微觀形貌觀察分析發(fā)現(xiàn)，油管腐蝕僅發(fā)生在與泄油閥連接的部位，且油管外螺紋局部腐蝕嚴(yán)重，而其他部位腐蝕較輕或基本無(wú)腐蝕，這進(jìn)一步證實(shí)上述推斷，即油管外螺紋部位腐蝕的根本原因?yàn)橛凸芘c泄油閥直接接觸造成的電偶腐蝕。在電解質(zhì)溶液中，當(dāng)兩種不同的金屬或合金相接觸時(shí)，電位較負(fù)的金屬腐蝕被加速，而電位較正的金屬受到保護(hù)。這種現(xiàn)象稱為電偶腐蝕。泄油閥相對(duì)油管而言，電位較正，受到保護(hù)；而油管由于電位較負(fù)而被加速腐蝕。

由于現(xiàn)場(chǎng)上扣時(shí)螺紋損傷造成兩者間存在微小縫隙，流體介質(zhì)易滲入其間。能譜分析結(jié)果表明，油管外螺紋腐蝕部位表面不僅含元素鐵、碳、氧，還含有一定量的氯元素。結(jié)合油管表面的腐蝕產(chǎn)物成分分析結(jié)果可以判斷，油管遭受CO2腐蝕的同時(shí)，高濃度的Cl-進(jìn)一步促進(jìn)腐蝕。

5 結(jié)論及建議

（1）油管的化學(xué)成分符合API Spec 5CT要求，金相組織無(wú)異常；油管和泄油閥材質(zhì)差異較大，油管屬普通碳鋼，而泄油閥含鉻量較高，達(dá)11.70%。

（2）油管外螺紋局部腐蝕嚴(yán)重的根本原因是油管與泄油閥連接的絲扣有損傷現(xiàn)象，存在一定的縫隙，存在CO2腐蝕，高濃度的Cl-促進(jìn)了腐蝕；油管與泄油閥間的電位相差約110mV，兩者直接接觸造成的電偶腐蝕加速了絲扣處的腐蝕。

（3）上扣時(shí)避免油管與泄油閥兩者連接的絲扣發(fā)生損傷，避免縫隙腐蝕的產(chǎn)生。

（4）由于油管與泄油閥材質(zhì)及耐蝕性能差異較大，如直接接觸、連接，會(huì)加速油管的腐蝕，應(yīng)在兩者接觸的絲扣上涂抹質(zhì)量好的螺紋脂等避免二者電位相差較大的異種材質(zhì)的直接接觸。

［1］呂拴錄，駱發(fā)前，相建民，等.API油管腐蝕原因分析［J］.腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù)，2007，28（5）：64-66.

［2］Winston Revie R主編，楊武譯.尤利格腐蝕手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.