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        海水環(huán)境下的三種管柱用管材腐蝕規(guī)律研究

        2023-01-18 10:07:40李海彬楊志恒郝大輝
        關(guān)鍵詞:試片反應(yīng)釜管柱

        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。

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