李海彬，楊志恒，郝大輝

（1.中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東 湛江 524057；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)湛江分公司，廣東 湛江 524057）

注水管柱的選擇對(duì)于提高海上油氣井的運(yùn)行安全、延長(zhǎng)其運(yùn)行周期至關(guān)重要[1]。然而由于我國(guó)南海海域海水的極端特殊性，部分海上油氣井生產(chǎn)一段時(shí)間后，其注水管柱就出現(xiàn)了明顯的腐蝕問(wèn)題。經(jīng)過(guò)專業(yè)人員分析認(rèn)為，這主要是由于注水管柱的管材選擇不合適引起的。因此，通過(guò)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)明確注水管柱管材海水腐蝕規(guī)律很有必要。通過(guò)對(duì)海水環(huán)境下的三種管柱用管材腐蝕規(guī)律研究，為注水管柱優(yōu)選提供了精準(zhǔn)參考數(shù)據(jù)。

1 管材腐蝕速率實(shí)驗(yàn)流程

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

通過(guò)動(dòng)態(tài)腐蝕實(shí)驗(yàn)，模擬現(xiàn)場(chǎng)注海水對(duì)海上油氣井注水管柱常用的三種不同材質(zhì)試片的腐蝕影響，為中國(guó)海洋石油潿洲海域海上油氣井注水管柱選材提供實(shí)驗(yàn)參考數(shù)據(jù)。

1.2 實(shí)驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)

腐蝕性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)按照國(guó)際國(guó)內(nèi)通用的腐蝕性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中對(duì)于油田系統(tǒng)應(yīng)用的管道及儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)的腐蝕性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE）制定的油田生產(chǎn)中腐蝕試片的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)相同，在海上油氣井作業(yè)領(lǐng)域通用NACE標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)用腐蝕介質(zhì)為北部灣潿洲海域海水，三種類型管材分別為原材料試片、A+B試片、A+銅+B試片，飽和壓力為15 MPa，共四組腐蝕速率實(shí)驗(yàn)，其中一組溫度為90℃，三組溫度為80℃，流速為1 m/s，見(jiàn)表1。

表1 注水管柱用的三種類型管材腐蝕速率實(shí)驗(yàn)

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

1）試片準(zhǔn)備。實(shí)驗(yàn)前，清洗試樣并脫脂。分別將試樣放入石油醚、蒸餾水、無(wú)水乙醇中進(jìn)行超聲清洗，時(shí)間以不超過(guò)10 min為最佳，并采取風(fēng)冷吹干的方式將試樣放置在干燥皿中進(jìn)行干燥。干燥2 h后取出試樣，記錄試片長(zhǎng)、寬、厚、質(zhì)量、原始圖片等基礎(chǔ)參數(shù)，而后系掛于試片架上，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)。

2）高溫高壓反應(yīng)釜準(zhǔn)備。在進(jìn)行正式實(shí)驗(yàn)之前，要充分清洗高溫高壓反應(yīng)釜，確保高溫高壓反應(yīng)釜的清潔。同時(shí)將1 L的實(shí)驗(yàn)海水加入到高溫高壓反應(yīng)釜中，并將試片架置于高溫高壓反應(yīng)釜內(nèi)，在確認(rèn)海水漫過(guò)試片后，再將高溫高壓反應(yīng)釜進(jìn)行密封。

3）升溫升壓。釜體安裝后，關(guān)閉出氣閥。將高溫高壓反應(yīng)釜升溫至實(shí)驗(yàn)溫度后，向釜內(nèi)通入N2至15 MPa，并設(shè)置釜體內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為200 rad/min，開始實(shí)驗(yàn)。

4）降溫降壓，取出試片。待達(dá)到規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件后，將加熱電源關(guān)閉，這時(shí)候靜待釜體溫度冷卻，等溫度降低至室溫后將釜體排氣閥門打開，實(shí)施氣體泄壓排空后取出試片架。

1.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析

根據(jù)GB/T 16545-1996《金屬和合金的腐蝕腐蝕試樣上腐蝕產(chǎn)物的清除》，分別使用蒸餾水、去膜液、乙醇清洗腐蝕實(shí)驗(yàn)后的試件[2]。其中，去膜液配方為：六次甲基四胺10 g、鹽酸100 mL加去離子水至1 L。放入干燥皿中干燥4 h后，稱量質(zhì)量、拍攝照片，并按照NACE RP0775-2005《油田生產(chǎn)中腐蝕掛片的準(zhǔn)備和安裝以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析》計(jì)算平均腐蝕速率，以此表征平均腐蝕程度。

2 管材腐蝕速率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 7 d 80℃和90℃條件下的管材腐蝕速率

采用高溫高壓反應(yīng)釜，進(jìn)行飽和壓力為15 MPa、溫度為80℃和90℃、液體腐蝕介質(zhì)流速為1 m/s、實(shí)驗(yàn)周期為7 d的實(shí)驗(yàn)條件下的腐蝕實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，打開高溫高壓反應(yīng)釜取出試樣，使用去膜液清洗，烘干，稱重并計(jì)算平均腐蝕速率，以此表征平均腐蝕程度。

原材料在液相中的腐蝕速率：80℃下為0.368 mm/a，90℃下為0.482 mm/a。根據(jù)NACE RP0775-2005《油田生產(chǎn)中腐蝕掛片的準(zhǔn)備和安裝以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析》對(duì)平均腐蝕速率的規(guī)定，均屬于極嚴(yán)重腐蝕程度，大于油田的腐蝕控制指標(biāo)0.076 mm/a。

A+B在液相中的腐蝕速率：80℃下為0.015 mm/a，90℃下為0.016 mm/a。腐蝕速率均小于0.025 mm/a，均屬于輕度腐蝕程度，小于油田的腐蝕控制指標(biāo)0.076 mm/a。

A+銅+B在液相中的腐蝕速率：80℃下為0.016 mm/a，90℃下為0.023 mm/a。腐蝕速率均小于0.025 mm/a，均屬于輕度腐蝕程度，小于油田的腐蝕控制指標(biāo)0.076 mm/a。

2.2 15 d 80℃和90℃條件下的管材腐蝕速率

采用高溫高壓反應(yīng)釜，進(jìn)行飽和壓力為15 MPa、溫度為80℃和90℃、液體腐蝕介質(zhì)流速為1 m/s、實(shí)驗(yàn)周期為15 d的實(shí)驗(yàn)條件下的腐蝕實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，打開高溫高壓反應(yīng)釜取出試樣，使用去膜液清洗，烘干，稱重并計(jì)算平均腐蝕速率。

原材料在液相中的腐蝕速率為0.259 mm/a。根據(jù)NACE RP0775-2005《油田生產(chǎn)中腐蝕掛片的準(zhǔn)備和安裝以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析》對(duì)平均腐蝕速率的規(guī)定，屬于極嚴(yán)重腐蝕程度，大于油田的腐蝕控制指標(biāo)0.076 mm/a。

A+B在液相中的腐蝕速率為0.004 mm/a。腐蝕速率小于0.025 mm/a，屬于輕度腐蝕程度，小于油田的腐蝕控制指標(biāo)0.076 mm/a。

A+銅+B在液相中的腐蝕速率為0.006 mm/a。腐蝕速率小于0.025 mm/a，屬于輕度腐蝕程度，小于油田的腐蝕控制指標(biāo)0.076 mm/a。

2.3 30 d 80℃和90℃條件下的管材腐蝕速率

采用高溫高壓反應(yīng)釜，進(jìn)行飽和壓力為15 MPa、溫度為80℃和90℃、液體腐蝕介質(zhì)流速為1 m/s、實(shí)驗(yàn)周期為30 d的實(shí)驗(yàn)條件下的腐蝕實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，打開高溫高壓反應(yīng)釜取出試樣，使用去膜液清洗，烘干，稱重并計(jì)算平均腐蝕速率。

原材料在液相中的腐蝕速率為0.172 mm/a。根據(jù)NACE RP0775-2005《油田生產(chǎn)中腐蝕掛片的準(zhǔn)備和安裝以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析》對(duì)平均腐蝕速率的規(guī)定，屬于極嚴(yán)重腐蝕程度，大于油田的腐蝕控制指標(biāo)0.076 mm/a。

A+B在液相中的腐蝕速率為0.003 mm/a。腐蝕速率小于0.025 mm/a，屬于輕度腐蝕程度，小于油田的腐蝕控制指標(biāo)0.076 mm/a。

A+銅+B在液相中的腐蝕速率為0.003 mm/a。腐蝕速率小于0.025 mm/a，屬于輕度腐蝕程度，小于油田的腐蝕控制指標(biāo)0.076 mm/a。

3 管材腐蝕規(guī)律分析

3.1 實(shí)驗(yàn)時(shí)間對(duì)管材腐蝕速率的影響

三種管柱用管材在不同實(shí)驗(yàn)時(shí)間的腐蝕速率見(jiàn)第56頁(yè)圖1。由圖1可以看出，在實(shí)驗(yàn)時(shí)間節(jié)點(diǎn)為7 d時(shí)，三種管柱用管材的腐蝕速率均達(dá)到了最大值；隨著實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng)，腐蝕雖然在進(jìn)行但腐蝕速率呈逐漸減小的趨勢(shì)，這其中實(shí)驗(yàn)時(shí)間節(jié)點(diǎn)到達(dá)15 d時(shí)，A+B試片和A+銅+B試片的腐蝕速率達(dá)到恒定值，分別為0.004 mm/a和0.006 mm/a；實(shí)驗(yàn)時(shí)間節(jié)點(diǎn)為30 d時(shí)，A+B試片和A+銅+B試片的腐蝕速率均為0.003 mm/a。

圖1 實(shí)驗(yàn)時(shí)間對(duì)管材腐蝕速率的影響曲線圖

在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，由腐蝕速率判斷，原材料試片防腐性能最差，A+B試片和A+銅+B試片的防腐性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于原材料試片，而且表現(xiàn)出相同的防腐級(jí)別。

3.2 溫度對(duì)管材腐蝕速率的影響

實(shí)驗(yàn)周期7 d時(shí)，三種管柱用管材分別在80℃和90℃下的液體腐蝕介質(zhì)中的腐蝕速率對(duì)比見(jiàn)圖2和表2。由圖2和表2可以看出，溫度對(duì)原材料試片的腐蝕速率的影響較大，而對(duì)A+B試片和A+銅+B試片的腐蝕速率的影響較小。

圖2 溫度對(duì)管材腐蝕速率的影響對(duì)比圖

表2 溫度對(duì)管材腐蝕速率的影響對(duì)比表

4 結(jié)論

通過(guò)開展?jié)藓Ｓ蚝Ｋh(huán)境下的三種管柱用管材腐蝕規(guī)律實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明時(shí)間和溫度是影響三種管柱用管材腐蝕程度的兩個(gè)最主要因素。其中，時(shí)間方面：三種管柱用管材的腐蝕速率隨時(shí)間的增長(zhǎng)而逐漸降低，且在7 d時(shí)腐蝕速率達(dá)到最大，15 d時(shí)腐蝕速率趨于恒定；由腐蝕速率判斷，原材料試片防腐性能最差，屬于極嚴(yán)重腐蝕程度，而A+B管材和A+銅+B管材則屬于輕微均勻腐蝕程度。溫度方面：原材料試片腐蝕速率受到的影響較大，而A+B試片和A+銅+B試片腐蝕速率受到的影響相對(duì)較小，三種管柱用管材在7 d 90℃的實(shí)驗(yàn)條件下均達(dá)到最大的腐蝕速率。