摘 要:隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,對(duì)天然氣資源的需要量越來越大,為了有效擴(kuò)大天然氣資源的產(chǎn)量,各種天然氣工程越來越多。管柱是天然氣開采設(shè)備的重要組成部分,其在實(shí)際的工作過程中,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)CO2腐蝕現(xiàn)象,很容易造成管柱的穿孔,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成管柱的整體破壞,不僅對(duì)生產(chǎn)造成了非常大的影響,還容易造成各種事故的發(fā)生。為此,我將要在本文中對(duì)采氣井管柱CO2腐蝕速度分布規(guī)律及影響因素進(jìn)行探討,希望對(duì)促進(jìn)我國天然氣事業(yè)的發(fā)展,可以起到有利的作用。
關(guān)鍵詞:采氣井;管柱;腐蝕速度分布規(guī)律
中圖分類號(hào):TE983 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1004-7344(2018)33-0373-01
1 前 言
我們?cè)趯?shí)際的采氣過程中,會(huì)經(jīng)常使用N80油管管柱,其在實(shí)際的應(yīng)用過程中,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)腐蝕穿孔的額現(xiàn)象,其材料為36Mn2V,為了有效對(duì)腐蝕的規(guī)律進(jìn)行研究,我們做了大量的試驗(yàn),并有效繪制了腐蝕速度和井深、溫度之間的關(guān)系。通過研究發(fā)現(xiàn),隨著深度的增加,腐蝕速度會(huì)不斷加快,如果井深超過了1235m,腐蝕的速度就會(huì)在一個(gè)小的范圍內(nèi)波動(dòng)。隨著溫度的增加,腐蝕的速度會(huì)先增加后減小,當(dāng)溫度為80℃左右時(shí),其腐蝕速度就會(huì)達(dá)到最大值,當(dāng)超過100℃時(shí)腐蝕速度會(huì)變慢[1]。
2 關(guān)注腐蝕隨深度的變化
為了有效研究管柱腐蝕和深度之間的關(guān)系,我們分別在不同的深度進(jìn)行了取樣研究,結(jié)果表明,處于360m深處的管柱表面,其表明較為光滑,只有少量的腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn),其表面的主要腐蝕物質(zhì)為鐵元素、氯元素、碳元素、鉻元素、硅元素等。從其腐蝕的現(xiàn)象來分析,其屬于均勻性腐蝕,陰極為氫離子的還原反應(yīng),陽極為鐵離子的氧化反應(yīng)。隨著溫度的不斷增加,各種離子的擴(kuò)散速度會(huì)不斷增加,氫離子更加容易達(dá)到試樣的表面發(fā)生氧化還原發(fā)硬,讓反應(yīng)的速度不斷增加,鐵的溶解速度也會(huì)越來越大。通過對(duì)管柱695深度處的試樣進(jìn)行研究分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)其表面粗糙度較高,產(chǎn)生了大量的腐蝕性物質(zhì),腐蝕物質(zhì)的結(jié)構(gòu)也比較疏松,晶粒較為粗大,腐蝕物質(zhì)的孔隙度較高,因此不能對(duì)管柱表面產(chǎn)生有效的保護(hù)作用。腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生主要是因?yàn)闇囟冗^高造成的,隨著溫度的增加,氫離子的氧化反應(yīng)速度加劇,讓腐蝕的速度也顯著提高,局部腐蝕是由于腐蝕產(chǎn)物膜的分布不均勻,主要以小孔腐蝕為主。根據(jù)對(duì)1600m的試樣進(jìn)行分析研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)其腐蝕產(chǎn)物的均勻性較好,腐蝕產(chǎn)物的晶粒較小,且結(jié)構(gòu)致密。
3 管柱CO2腐蝕的影響因素
管柱在含有二氧化碳較多的氣井中經(jīng)常會(huì)發(fā)生電化學(xué)整體腐蝕,如果金屬與電解質(zhì)進(jìn)行接觸,由于金屬表面成分存在著一定的不均勻性,在金屬表面就會(huì)出現(xiàn)陰極區(qū)和陽極區(qū),電化學(xué)腐蝕就會(huì)在該兩種區(qū)域之間發(fā)生。通過對(duì)大量的二氧化碳腐蝕研究,在干燥的二氧化碳環(huán)境中,其腐蝕性往往較弱,但是如果是在潮濕或者有水的環(huán)境中,這些二氧化就會(huì)溶于水,然后形成碳酸,其會(huì)讓溶液呈現(xiàn)出酸性。碳酸容易產(chǎn)生較多的氫離子,這些氫離子會(huì)在陰極發(fā)生多電子反應(yīng),進(jìn)而促進(jìn)鐵的溶解反應(yīng)從而導(dǎo)致鋼腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。二氧化碳?xì)怏w的存在,會(huì)有效增加陰極反應(yīng)的速度,不斷增加管柱金屬的反應(yīng)速度,隨著二氧化碳濃度的不斷增加,管柱的腐蝕速度也就越快[3]。
二氧化碳的分壓也直接影響著腐蝕介質(zhì)的溶解度和酸度,它們會(huì)隨著二氧化碳分壓的不斷增加而增大。當(dāng)二氧化碳的分壓超過0.021MPa時(shí),就會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的二氧化碳腐蝕環(huán)境,隨著分壓的不斷增加,碳酸的溶解度也會(huì)不斷增加,氫離子的濃度也會(huì)顯著增加,腐蝕速度也會(huì)越來越快。當(dāng)二氧化碳?xì)怏w的分壓超過2.3MPa時(shí),屬于比較嚴(yán)重的二氧化碳腐蝕環(huán)境。二氧化碳對(duì)管柱的腐蝕,是伴隨著氫的去極化而進(jìn)行的,隨著二氧化碳分壓的不斷增加,溶液的碳酸濃度也就會(huì)越高,溶液中氫離子的濃度也就會(huì)越高,腐蝕速度也就會(huì)越快。
溶液pH值會(huì)直接影響碳酸在水溶液中的存在形式,如果pH值小于4,其主要以碳酸分子的形態(tài)出現(xiàn),如果pH值在4~10之間時(shí),其主要以碳酸氫根離子的形態(tài)出現(xiàn),當(dāng)pH值大于10時(shí),其主要是以碳酸根的形式出現(xiàn)。隨著pH值的不但增加,氫離子的含量會(huì)不但減少,降低了原子氫的還原反應(yīng)速度,降低了碳鋼的反應(yīng)速度。pH值的變化會(huì)影響碳酸鐵的溶解度,隨著pH值的增加,碳酸鐵的溶解度會(huì)不斷降低。
溫度是影響二氧化碳腐蝕的重要因素。溫度會(huì)直接影響氣體在介質(zhì)中的溶解度,如果溫度越高,其溶解度就會(huì)降低,腐蝕現(xiàn)象就會(huì)得到抑制。如果溫度增加,反應(yīng)的速度就會(huì)加快,促進(jìn)腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。溫度的升高還會(huì)影響腐蝕產(chǎn)物的成膜機(jī)制,讓膜會(huì)對(duì)腐蝕產(chǎn)生一定的抑制。在50℃的環(huán)境中,腐蝕現(xiàn)象較輕,腐蝕也較為均勻,如果環(huán)境的溫度在80℃時(shí),局部腐蝕現(xiàn)象非常嚴(yán)重,很容易造成局部穿孔現(xiàn)象的發(fā)生。如果環(huán)境溫度超過了100℃,腐蝕的速度就會(huì)有所降低,腐蝕也較為均勻。由于實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境和真實(shí)的井下環(huán)境還是有較大的區(qū)別,試驗(yàn)結(jié)果和真實(shí)結(jié)果還是有很大的區(qū)別[4]。
流速也會(huì)對(duì)腐蝕造成一定的影響。流速對(duì)金屬腐蝕的影響,主要分為兩種情況,一種是金屬表面沒有氧化膜,一種是金屬表面有腐蝕膜。如果表面沒有產(chǎn)生腐蝕膜,隨著流速的增加,腐蝕現(xiàn)象會(huì)越來越嚴(yán)重。
4 結(jié) 語
管柱是氣井采氣的重要組成部分,其在實(shí)際使用的過程中,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)二氧化碳腐蝕的現(xiàn)象,其腐蝕的速度會(huì)受到各種因素的影響。為了有效降低腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生,應(yīng)該根據(jù)這些因素采取針對(duì)性的措施,可以采取陰極保護(hù)的方法,其可以起到非常好的防腐效果。
參考文獻(xiàn)
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收稿日期:2018-10-16