油氣田氣田腐蝕與防腐技術(shù)ppt課件

1、油氣田腐蝕與防護(hù)技術(shù),張誠(chéng),中原油田采油工程技術(shù)研究院,匯報(bào)內(nèi)容,第一部分 腐蝕簡(jiǎn)介 第二部分 油氣田腐蝕的現(xiàn)象、機(jī)理和分類 第三部分 材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì) 第四部分 腐蝕的監(jiān)測(cè)與檢測(cè),目錄,中原油田采油院,一、腐蝕簡(jiǎn)介,腐蝕的損失： 直接損失： 腐蝕造成直接損失約為GDP的4%，石化行業(yè)中腐蝕損失一般高于6%。中國(guó)2008年GDP約為30萬億人民幣，即腐蝕損失約1.2萬億人民幣。汶川大地震直接經(jīng)濟(jì)損失為8451億元。腐蝕損失約是汶川大地震損失的1.4 倍。每年由于腐蝕而報(bào)廢的金屬設(shè)備和材料，約相當(dāng)于金屬年產(chǎn)量的1/3。 全世界每年因金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失超過了億美元，是地震、水災(zāi)、臺(tái)風(fēng)等

2、自然災(zāi)害造成損失總和的倍。 間接損失： 停工減產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量下降、污染環(huán)境、危害人體健康、造成嚴(yán)重事故,腐蝕的定義： 材料在周圍環(huán)境介質(zhì)的作用下，逐步發(fā)生的物理化學(xué)變化而引起的 性能降級(jí)。包括非金屬，比如陶瓷材料等,中原油田采油院,腐蝕是不可避免的 對(duì)于絕大多數(shù)材料，在自然界存在時(shí)G=H-TS 0，只能延壽，不能完全避免腐蝕 腐蝕是一個(gè)系統(tǒng)工程 腐蝕是多方面因素相關(guān)聯(lián)下的共同作用，某些手段可能減少全面腐蝕卻可能引起應(yīng)力腐蝕，應(yīng)避免頭疼醫(yī)頭腳疼醫(yī)腳 腐蝕是一個(gè)經(jīng)濟(jì)問題 必須符合經(jīng)濟(jì)要求，在合理的情況下盡量采用成本低廉的材料和防腐方案,一、腐蝕簡(jiǎn)介,中原油田采油院,弄清楚發(fā)生的是析氫腐蝕還是吸氧腐蝕

3、，是采取對(duì)策防止腐蝕發(fā)生的最基本的前提,一、腐蝕簡(jiǎn)介,電化學(xué)與腐蝕,中原油田采油院,應(yīng)力對(duì)腐蝕的影響 應(yīng)力可以加速電化學(xué)腐蝕 應(yīng)力可以改變材料的電化學(xué)活性，引起腐蝕速率的變化。 應(yīng)力還容易導(dǎo)致腐蝕產(chǎn)物膜的破裂，使新鮮的金屬表面暴露在腐蝕環(huán)境中，從而加速電化學(xué)腐蝕。 （2）如果材料的使用環(huán)境屬于發(fā)生應(yīng)力腐蝕破裂(SCC)的特定環(huán)境，那么當(dāng)材料受到的拉應(yīng)力大于臨界應(yīng)力時(shí)就可能發(fā)生SCC，導(dǎo)致嚴(yán)重的腐蝕問題,一、腐蝕簡(jiǎn)介,力與腐蝕,中原油田采油院,鋼材,氫進(jìn)入,金屬基體 腐蝕產(chǎn)物膜,表面能降低 原子鍵合力降低 晶格膨脹 電化學(xué)活性增加 更易腐蝕,穩(wěn)定性降低 失去保護(hù)作用 力學(xué)性能改變 更易剝離 半導(dǎo)

4、體性能改變 更易破壞 成分改變,更易斷裂,一、腐蝕簡(jiǎn)介,氫與腐蝕,中原油田采油院,腐蝕產(chǎn)物膜類型： 致密型（包括鈍化膜）、疏松型 腐蝕產(chǎn)物膜性能決定了腐蝕的速度和類型： 如： 鈍化膜 腐蝕產(chǎn)物膜導(dǎo)致的膜致應(yīng)力和脆性開裂 某些低合金耐蝕鋼材的設(shè)計(jì)思路與腐蝕產(chǎn)物膜有關(guān),一、腐蝕簡(jiǎn)介,腐蝕產(chǎn)物膜與腐蝕,中原油田采油院,2.1 油氣井生產(chǎn)系統(tǒng)中的腐蝕 分為內(nèi)腐蝕和外腐蝕 1）內(nèi)腐蝕 指油管、套管、采氣樹系統(tǒng)、站場(chǎng)設(shè)備與集輸管道的內(nèi)壁腐蝕。 2）外腐蝕 在井下指套管外壁和水泥環(huán)受地層水或注入污水中腐蝕性組分的腐蝕（對(duì)于非封隔器完井的油氣井的油管也存在外壁腐蝕的問題。） 集輸系統(tǒng)中指土壤和大氣對(duì)集輸管線的

5、腐蝕。,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,2.1.1油氣井的腐蝕介質(zhì)和腐蝕環(huán)境 油氣井的腐蝕與產(chǎn)出流體中的腐蝕介質(zhì)、腐蝕環(huán)境及材料的選用和結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。各因素間存在交互作用，使井與井之間、同一口井的不同部位、同一口井的不同開采時(shí)間的腐蝕嚴(yán)重程度有差異甚至差異較大。 腐蝕性介質(zhì)包括： （1）動(dòng)態(tài)產(chǎn)出物的腐蝕性組分 （2）注入的腐蝕性組分 （3）非產(chǎn)層地層中含腐蝕性組分,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,1）動(dòng)態(tài)產(chǎn)出物的腐蝕性組分 二氧化碳 硫化氫、元素硫及有機(jī)硫等含硫組分 氯離子濃度較高的地層水或注水開采過程中的注入水以及氣井的凝析水 建井和井下作業(yè)中進(jìn)入的

6、氧或其他酸性材料（如酸壓作業(yè)） 硫酸鹽及硫酸鹽還原菌、碳酸鹽類,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,2）注入的腐蝕性組分 注入水 增產(chǎn)措施：酸化作業(yè)時(shí)的殘酸、注聚合物提高采收率時(shí)注入的聚合物、回注二氧化碳強(qiáng)化采油工藝時(shí)注入的二氧化碳等 凝析氣藏、干氣回注、其他回注中的二氧化碳 稠油熱采注入的高溫水蒸氣,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,3）非產(chǎn)層地層中含腐蝕性組分 酸性氣體：H2S、CO2、H+ 溶解氧氣：O2 鹽粒子：HCO3-、SO42-、Cl-、OH- 細(xì)菌：如硫酸鹽還原菌，嗜氧菌 注入水泥質(zhì)量差或井下作業(yè)欠妥造成的層間竄流，產(chǎn)層流體竄到非產(chǎn)層段,二、油

7、氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,2.2 油氣井的腐蝕環(huán)境 油氣井的腐蝕環(huán)境包括不同部位的壓力、溫度、流態(tài)和流場(chǎng)。這些因素又引起系統(tǒng)相態(tài)變化，變化過程伴有氣體溶解、逸出、氣泡破裂等，在流道壁面產(chǎn)生剪切及氣蝕，機(jī)械力與電化學(xué)腐蝕協(xié)同作用加劇了腐蝕。 流道直徑變化、流向改變都會(huì)引起壓力、溫度、流態(tài)及流場(chǎng)變化，加劇腐蝕。 在油氣井開采過程中，腐蝕性組分含量常常是變化的。特別是隨開采期的延長(zhǎng)，地層水含量往往呈增加趨勢(shì)，有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)硫化氫含量隨開采期延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象。 不同材料接觸或連接會(huì)有電位差，有的地層或井段會(huì)與套管形成電位差，電位差是油氣井的腐蝕環(huán)境的重要組成部分。 構(gòu)件（油管、套管、

8、采氣井口、采油樹等）的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力水平也是重要的腐蝕環(huán)境,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,2.3 主要腐蝕性組分的腐蝕機(jī)理及腐蝕類型 硫化氫腐蝕 元素硫腐蝕 二氧化碳腐蝕 地層水及氯化物等鹽類的腐蝕 氧腐蝕 細(xì)菌腐蝕 腐蝕性組分相互作用下的腐蝕 酸腐蝕,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,1）硫化氫腐蝕 干燥的H2S對(duì)金屬材料無腐蝕破壞作用，H2S只有溶解在水中才具有腐蝕性。 美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE）的MR0175-2003標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于濕H2S環(huán)境的定義是： （1）酸性氣體系統(tǒng)：氣體總壓0.45MPa，并且H2S分壓0.0003MPa； （2）酸性多相系

9、統(tǒng)：當(dāng)處理的原油中有兩相或三相介質(zhì)（油、水、氣）時(shí)，條件可放寬為：氣相總壓1.83MPa且H2S分壓0.0003MPa；當(dāng)氣相壓力1.83MPa時(shí)，滿足H2S分壓0.07MPa，或氣油比142亦或氣相H2S含量超過15%三個(gè)條件之一,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,鋼材受到H2S腐蝕以后陽極的最終產(chǎn)物是硫化亞鐵，該產(chǎn)物通常是一種有缺陷的結(jié)構(gòu)，它與鋼鐵表面的粘結(jié)力差，易脫落，易氧化，且電位較正，因而作為陰極與鋼鐵基體構(gòu)成一個(gè)活性的微電池，對(duì)鋼基體繼續(xù)進(jìn)行腐蝕,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,濕硫化氫中的 電化學(xué)腐蝕,中原油田采油院,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,氫進(jìn)

10、入金屬基體并在晶體缺陷處積聚形成內(nèi)壓巨大的氫氣泡,濕硫化氫中的氫鼓泡和氫脆,中原油田采油院,在拉伸應(yīng)力作用下，通過擴(kuò)散，在冶金缺陷提供的三向拉伸應(yīng)力區(qū)富集而導(dǎo)致的開裂，開裂垂直于拉伸應(yīng)力方向,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,濕硫化氫中應(yīng)力腐蝕開裂,中原油田采油院,提高鋼抗硫能力的辦法： 升高氫致開裂的臨界氫濃度。 降低進(jìn)入試樣的總氫濃度。 升高陷阱中氫濃度。 降低夾雜的應(yīng)力集中系數(shù)Kt,CCT臨界氫濃度 CT總氫量,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,抗硫鋼的設(shè)計(jì)思想,中原油田采油院,2）元素硫腐蝕 硫具有強(qiáng)氧化性，有元素硫時(shí)，可以使得碳鋼的腐蝕失重呈數(shù)量級(jí)增加。 發(fā)生歧化反應(yīng),二、油氣田

11、腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,元素硫?qū)︽嚮辖鹁植扛g的促進(jìn)作用主要發(fā)生在高于元素硫熔點(diǎn)（112.8）的高溫條件下,中原油田采油院,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,普光集輸系統(tǒng)硫沉積堵塞,中原油田采油院,3）二氧化碳腐蝕 CO2腐蝕在油氣工業(yè)中叫做甜腐蝕（Sweet Corrosion），是相對(duì)于H2S腐蝕（Sour Corrosion）。 二氧化碳溶于水對(duì)鋼鐵具有強(qiáng)烈的腐蝕，由此而引起的材料破壞統(tǒng)稱為二氧化碳腐蝕。CO2極易溶于水，溶于水后得到碳酸，釋放出氫離子，氫離子是強(qiáng)去極化劑，極易奪取電子還原，促進(jìn)陽極鐵溶解而導(dǎo)致腐蝕。CO2腐蝕最典型的特征是呈現(xiàn)局部的點(diǎn)蝕，輪癬狀腐蝕和臺(tái)面狀坑蝕。其

12、中，臺(tái)面狀坑蝕過程是最嚴(yán)重的一種情況，這種腐蝕速度可達(dá)20mm/a。相同pH值下，對(duì)鋼鐵的腐蝕比鹽酸還嚴(yán)重。 抗CO2腐蝕用主要是提高鋼的耐電化學(xué)腐蝕能力，可以選用馬氏體不銹鋼或選用能在腐蝕環(huán)境中形成致密的腐蝕產(chǎn)物膜的碳鋼,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,4） 地層水及氯化物等鹽類的腐蝕 （1）高礦化度鹽水腐蝕的普遍性 地層水可能不同程度地溶解有氯化物、硫酸鹽、碳酸鹽等可溶性鹽類，他們對(duì)油套管及設(shè)備的腐蝕大體有幾個(gè)類型： 電化學(xué)腐蝕 對(duì)某些鋼材的應(yīng)力腐蝕 在硫化氫和二氧化碳共存時(shí)相互作用，加劇腐蝕和應(yīng)力腐蝕 與地層水類似的還有：注水腐蝕、高濃度完井液腐蝕、注熱蒸汽稠油開采的

13、水腐蝕、地?zé)峋_采的腐蝕，鹽化工井的腐蝕,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,2）溶解鹽的腐蝕及相互作用 氯離子可以使鋼表面的保護(hù)層不穩(wěn)定，使得管壁形成的腐蝕產(chǎn)物很疏松。在疏松的垢下形成各種濃差電池腐蝕，如鹽濃差、氫濃差、氧濃差電池、縫隙腐蝕等腐蝕形式。細(xì)菌的大量活動(dòng)以及細(xì)菌分泌黏液的增多，使得結(jié)垢更為嚴(yán)重，進(jìn)而造成惡性循環(huán),二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,5）氧腐蝕 在注入水或者注入的其他工作液中，不可避免的要混入氧。發(fā)生吸氧腐蝕,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,鋼鐵的吸氧腐蝕示意圖,2Fe+2H2O+O2=2Fe(OH)2,4Fe(OH)2+O2+2

14、H2O=4Fe(OH)3,中原油田采油院,6）細(xì)菌腐蝕 由細(xì)菌生命活動(dòng)引起或促進(jìn)材料的腐蝕破壞稱為細(xì)菌腐蝕。地層水中含有硫酸鹽還原菌、鐵細(xì)菌、硫細(xì)菌等菌種。 在油田生產(chǎn)系統(tǒng)中，硫酸鹽還原菌(SRB)是微生物腐蝕(MIC)的主要因素之一。SRB是一種以有機(jī)物為養(yǎng)料的厭氧性細(xì)菌，能在pH值為510、550范圍內(nèi)生長(zhǎng)，有些SRB甚至能在100、50 MPa，以至更高的情況下生長(zhǎng)。研究發(fā)現(xiàn)，SRB在厭氧條件下大量繁殖，將SO42-還原成H2S，產(chǎn)生粘液物質(zhì)，加速垢的形成。油井管柱在SRB菌落下易發(fā)生局部腐蝕，以致出現(xiàn)穿孔，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,7）腐蝕

15、性組分相互作用及對(duì)腐蝕的影響 （a）硫化氫和二氧化碳共存對(duì)腐蝕的影響 H2S和CO2共同存在下具有協(xié)同作用，CO2的存在可以降低pH值，提高硫化物應(yīng)力腐蝕的敏感性；H2S可以破壞CO2腐蝕產(chǎn)生的保護(hù)膜，使得腐蝕速度持續(xù)增加，并作為毒化劑，加速CO2腐蝕過程中產(chǎn)生的氫原子進(jìn)入鋼材基體。 同時(shí)具有H2S和CO2腐蝕的特點(diǎn)，也包括一些共同作用下的特點(diǎn)。但最重要的還是需要防止H2S引起的脆性開裂,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,b）H2S+CO2+Cl-腐蝕 Cl-的存在往往會(huì)阻礙保護(hù)性的腐蝕產(chǎn)物膜在鋼鐵表面的形成，從而加劇腐蝕。Cl-可以通過鋼鐵表面腐蝕產(chǎn)物膜的細(xì)孔和缺陷滲入其膜

16、內(nèi)，使膜發(fā)生顯微開裂，生成點(diǎn)蝕核，并由于Cl-的不斷移入，在閉塞電池的作用下，形成點(diǎn)蝕,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,C）氧氣和二氧化碳的共存對(duì)腐蝕的影響 氧氣和二氧化碳的共存會(huì)使腐蝕程度加劇，氧氣在二氧化碳腐蝕的催化機(jī)制中起了很大作用。 當(dāng)鋼鐵表面未生成保護(hù)膜時(shí)，氧氣的含量越高腐蝕速率越大； 當(dāng)鋼鐵表面已生成保護(hù)膜時(shí)，氧氣的含量對(duì)其腐蝕的影響較小，幾乎不起作用。在飽和氧氣的溶液中，二氧化碳的存在會(huì)大大提高腐蝕速率，二氧化碳在腐蝕溶液中起催化作用,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,8)酸腐蝕 酸化作業(yè)中，排液不徹底，擠入地層的酸沒有被完全排出，并在井底形

17、成積液，使下部的pH值下降，氫離子濃度增加，鐵與酸劇烈反應(yīng)，使油管腐蝕速度增加，造成腐蝕損壞。 如果井下同時(shí)有硫化氫存在，那么硫化物應(yīng)力腐蝕開裂將使一個(gè)嚴(yán)重的問題，同時(shí)，井下的溫度較高，氫的去極化腐蝕加劇,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,2.4 酸性氣田的腐蝕形式 （一）環(huán)境斷裂 1.應(yīng)力腐蝕 2.氫脆與氫損傷 3.腐蝕疲勞 （二）電化學(xué)腐蝕 1.電偶腐蝕 2.點(diǎn)腐蝕 3.縫隙腐蝕 4.雜散電流腐蝕 （三）流體力學(xué)化學(xué)腐蝕 1.沖刷腐蝕 2.空泡腐蝕 （四）化學(xué)腐蝕,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,三個(gè)基本條件: 敏感材料、 特定環(huán)境、應(yīng)力 . 幾乎所有

18、金屬的合金在特定環(huán)境中都有某種應(yīng)力腐蝕敏感性。 每種合金的應(yīng)力腐蝕斷裂只是對(duì)某些特定的介質(zhì)敏感 發(fā)生應(yīng)力腐蝕必須有應(yīng)力作用,敏感介質(zhì),材料,應(yīng)力,SCC,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,1）應(yīng)力腐蝕,應(yīng)力腐蝕容易導(dǎo)致無預(yù)兆的災(zāi)難性事故。涉及材料學(xué)、電化學(xué)和力學(xué)三方面的因素，是最為復(fù)雜的一種腐蝕形式。全世界70%以上的腐蝕研究經(jīng)費(fèi)投入在應(yīng)力腐蝕領(lǐng)域,中原油田采油院,應(yīng)力腐蝕裂紋形貌,沿晶IGSCC,穿晶TGSCC,混合型,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,應(yīng)力腐蝕的特點(diǎn),具有一定的選擇性 裂紋擴(kuò)展速率可達(dá)均勻腐蝕速度的106倍 產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的多為拉應(yīng)力 發(fā)生應(yīng)力腐蝕的主要是

19、合金，純金屬很少 有潛伏期 斷口呈現(xiàn)脆性斷裂形貌 有臨界電位范圍 大多數(shù)體系存在一個(gè)臨界斷裂應(yīng)力KISCC,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,應(yīng)力腐蝕的研究狀態(tài),兩個(gè)流派：材料學(xué)派和電化學(xué)學(xué)派 兩種觀點(diǎn)：脆化和加速溶解 共識(shí)：沒有一種機(jī)理可以解釋應(yīng)力腐蝕的所有現(xiàn)象，一種體系一種機(jī)理,中原油田采油院,氫的來源： 1.內(nèi)氫 指材料使用前內(nèi)部就已存在氫，是在冶煉、熱處理、酸洗、電鍍、焊接氫過程中吸收的氫。 2.外氫或環(huán)境氫 指材料本身氫含量很小，但使用中從能提供氫的環(huán)境吸收的氫，與與氫接觸或電化學(xué)腐蝕陰極析氫反應(yīng),2）氫脆與氫損傷,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,氫致開裂的類型

20、 按氫脆敏感性與應(yīng)變速率的關(guān)系可以分為兩大類。 第一類氫脆 氫脆敏感性隨應(yīng)變速率的增加而增加（內(nèi)部存在裂紋源）； 氫腐蝕，氫鼓泡和白點(diǎn)，氫化物型氫脆。 第二類氫脆 氫脆敏感性則隨應(yīng)變速率增加而降低（內(nèi)部沒有裂紋源）。 不可逆性氫脆（應(yīng)力誘發(fā)氫化物型氫脆） 可逆氫脆（高速變形及應(yīng)力去除脆性消失,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,3）腐蝕疲勞 疲勞是指材料在交變應(yīng)力作用下導(dǎo)致疲勞裂紋萌生、亞臨界擴(kuò)展，最終失穩(wěn)斷裂的過程。材料在腐蝕環(huán)境中的疲勞行為稱為腐蝕疲勞，是腐蝕和疲勞共同作用的結(jié)果。由于腐蝕作用，疲勞裂紋萌生所需時(shí)間及循環(huán)周次都有減少，裂紋擴(kuò)展速度增大。鉆井過程中鉆桿以及采氣

21、過程中集輸管線和油管均容易發(fā)生腐蝕疲勞。腐蝕疲勞和應(yīng)力腐蝕不同，不僅發(fā)生在合金中，也會(huì)發(fā)生在純金屬中。,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,4)電偶腐蝕： 又名接觸腐蝕或雙金屬腐蝕，當(dāng)兩種金屬或合屬接觸時(shí)，兩金屬之間存在著電位差，由該電位差使電偶電流在它們之間流動(dòng)，使電位較負(fù)的金屬腐蝕加劇，而電位數(shù)正的金屬受到保護(hù)。這種現(xiàn)象稱電偶腐蝕、異金屬腐蝕或接觸腐蝕。 特點(diǎn)： 兩種金屬的電位差愈大，電偶腐蝕愈嚴(yán)重 陰陽極的面積比越大，腐蝕越嚴(yán)重 溶液電導(dǎo)率越小，有效距離越小，局部腐蝕越嚴(yán)重 哪種金屬先腐蝕取決于在實(shí)際環(huán)境中的電偶序 犧牲陽極法陰極保護(hù)的理論基礎(chǔ),二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)

22、象及分類,中原油田采油院,5)點(diǎn)蝕,點(diǎn)蝕（點(diǎn)腐蝕）又稱是小孔腐蝕（孔蝕），常見的局部腐蝕形式之一，它集中于金屬表面很小范圍內(nèi)，并深入到金屬內(nèi)部。蝕孔的直徑等于或小于其深度。蝕孔口多數(shù)有腐蝕產(chǎn)物覆蓋,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,6)縫隙腐蝕 能引起縫隙腐蝕的寬度一般為0.0250.1mm，寬度大于0.1mm縫隙內(nèi)介質(zhì)由于不會(huì)形成滯流，不會(huì)產(chǎn)生腐蝕。若縫隙過窄，介質(zhì)進(jìn)不去，也不會(huì)形成縫隙腐蝕,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,7)雜散電流腐蝕 輸送管或油氣井套管外部可能存在雜散電流腐蝕，它可以是大地電流，也可以是陰極保護(hù)的雜散直流電源,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)

23、理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,8)沖刷腐蝕 沖刷腐蝕可以包含在流動(dòng)腐蝕類型中，沖刷腐蝕主要指流動(dòng)的機(jī)械力破壞金屬的保護(hù)膜。金屬的保護(hù)膜被腐蝕介質(zhì)溶解，或保護(hù)膜與金屬基體附著力差，再加上流動(dòng)的機(jī)械力沖刷，而這協(xié)同作用就會(huì)加劇腐蝕。 空泡腐蝕：又稱為氣蝕，發(fā)生的條件是：液相與管壁接觸且與管壁存在一定的相對(duì)速度。在流動(dòng)過程中，流場(chǎng)發(fā)生突變，產(chǎn)生較大的擾動(dòng)。在油管掛及四通、三通、彎頭等部位經(jīng)常出現(xiàn) 湍流腐蝕：是指沖蝕和腐蝕共同作用而引起的鋼鐵表面損傷現(xiàn)象。這種算上比沖蝕和腐蝕單獨(dú)作用時(shí)所造成的損傷的總和大。在油管、管道彎頭、閥桿、閥座等處經(jīng)常出現(xiàn)。 固體顆粒沖擊：油氣井出沙形成固體顆粒沖蝕腐蝕。高速

24、流動(dòng)的微小顆粒沖向金屬壁面，通過微力學(xué)形變和微斷裂，使金屬材料被剝離,二、油氣田腐蝕腐蝕機(jī)理、現(xiàn)象及分類,中原油田采油院,基本的防腐方法： 依靠材料本身防腐 最可靠 減緩腐蝕的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 需要得到重視 表面工程 經(jīng)濟(jì)性好 緩蝕劑 使用方便 電化學(xué)保護(hù) 投資較大、效果較好 介質(zhì)處理 特殊情況下才能使用 根據(jù)實(shí)際情況，組合使用上述方法，得到的效果往往大于單獨(dú)使用一種防腐方法,3.1 防腐方法選擇,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,3.1.1表面工程,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,緩蝕劑是一種當(dāng)它以適當(dāng)?shù)臐舛群托问酱嬖谟诃h(huán)境(介質(zhì))中時(shí)，可以防止或減緩工程材料腐蝕的化學(xué)物質(zhì)或復(fù)合物

25、質(zhì)。 酸性氣田中常用季銨鹽類和咪唑啉類。 分類： 根據(jù)控制部位：陰極型、陽極型、混合型 根據(jù)保護(hù)膜類型：氧化膜型、沉淀膜型、吸附膜型 為了能正確選取適用于特定系統(tǒng)的緩蝕劑，不進(jìn)要考慮特定系統(tǒng)的組成、運(yùn)行參數(shù)及可能發(fā)生的腐蝕類型，還應(yīng)該按實(shí)際使用條件進(jìn)行必要的緩蝕劑評(píng)價(jià)試驗(yàn)。 所選用的緩蝕劑必須滿足閃點(diǎn)、凝固點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)工藝要求、配伍性、緩蝕率以及不會(huì)引發(fā)應(yīng)力腐蝕和局部腐蝕等要求,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),3. 1.2 緩蝕劑,中原油田采油院,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),3.1.3 電化學(xué)保護(hù),電化學(xué)保護(hù),陰極保護(hù),陽極保護(hù),犧牲陽極法,外加電流法,中原油田采油院,3.2材料的選用 材料選擇原則： 一

26、是適用性原則 二是經(jīng)濟(jì)性原則 考慮優(yōu)先級(jí)： 環(huán)境斷裂電化學(xué)腐蝕 材料防腐緩蝕劑等其他手段 腐蝕速率要求不得超過0.076mm/a,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,3.2.1 防腐材料選擇程序、選材依據(jù)： 列出對(duì)材質(zhì)的要求 利用經(jīng)驗(yàn)找出可能使用的材質(zhì) 根據(jù)應(yīng)考慮的因素進(jìn)行適應(yīng)性評(píng)價(jià)試驗(yàn) 選擇最經(jīng)濟(jì)的材料,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,3.2.2影響材料在腐蝕性環(huán)境開裂的主要因素 1）冶金因素： 化學(xué)成分、熱處理、微觀結(jié)構(gòu)、屈服和拉伸強(qiáng)度/硬度、冷加工變形、制造流程 2）應(yīng)力狀態(tài) 殘余應(yīng)力、外部應(yīng)力、應(yīng)力加載方式 3）硫化氫環(huán)境材料臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子KISSC,三、材料選用與防

27、腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,3.2.3選用碳鋼和低合金鋼時(shí)需要考慮的因素 化學(xué)成分、制造方法、成形方式、強(qiáng)度、材料的硬度和局部變化、冷加工量、熱處理?xiàng)l件、材料微觀結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)的均勻性、晶粒大小和材料的純凈度； H2S分壓或在水相中的當(dāng)量濃度； 水相中的Cl-濃度； 水相酸堿值； 是否存在元素硫或其他氧化劑； 非產(chǎn)層流體侵入或與非產(chǎn)層流體接觸； 溫度； 應(yīng)力狀態(tài)及總拉伸應(yīng)力（外加應(yīng)力和殘余應(yīng)力）； 暴露時(shí)間,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,3.2.4耐蝕合金選用時(shí)需要考慮的因素： （1）氣相中CO2分壓； （2）氣相中H2S分壓； （3）使用的溫度； （4）水相的堿性（pH值）； （5

28、）Cl-或其他鹵化物的濃度； （6）是否有元素硫存在,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),3.2.5材料初步選擇,中原油田采油院,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,3.2.6材料服役安全性能評(píng)價(jià) （1）抗應(yīng)力腐蝕性能測(cè)定方法 NACE TM 0177-2005提供了四種測(cè)定應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)方法和判別標(biāo)準(zhǔn)。包括： (1)方法A（恒載荷拉伸實(shí)驗(yàn)） (2)方法B（彎梁實(shí)驗(yàn)） (3)方法C（C形環(huán)法） (4)方法D（雙懸臂梁，DCB實(shí)驗(yàn)） 另有慢拉伸速率應(yīng)變法（SSRT法）等,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,2）材

29、料耐氫脆能力測(cè)定方法： 要求： 裂紋面積比（CSR）2%， 裂紋長(zhǎng)度比（CLR）15%， 裂紋厚度比（CTR）5,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,3）材料電化學(xué)腐蝕速率測(cè)定： 模擬環(huán)境，油氣井用材料經(jīng)常采用高溫高壓反應(yīng)釜進(jìn)行掛片試驗(yàn)，測(cè)定腐蝕失重速率以及點(diǎn)蝕情況。 經(jīng)常需要測(cè)定電偶腐蝕的腐蝕速率,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),缺陷在于： 所得腐蝕數(shù)據(jù)是概率值 大多數(shù)的腐蝕破壞以局部腐蝕為主 腐蝕速率并非是不變的 承受應(yīng)力或氫侵入時(shí)腐蝕速率會(huì)增加 需要研究所承受的應(yīng)力、腐蝕產(chǎn)物膜的性能以及氫的滲透與破壞,中原油田采油院,4）耐蝕性評(píng)價(jià)中應(yīng)注意的幾個(gè)問題 （1）任何時(shí)候，任何情況下都不要假定

30、或推測(cè)材料的使用環(huán)境條件，不要在“可能”、“大概”的前提下去選擇材料。 （2）既要考慮材料的優(yōu)點(diǎn)，更要注意材料的弱點(diǎn)和可能發(fā)生的腐蝕問題。 （3）使用不同材料組合時(shí)，要考慮材料之間的相容性。 （4）材料的性能不是恒定的，經(jīng)過實(shí)際使用時(shí)由于應(yīng)力作用下的形變和環(huán)境氫的滲入，材料性能本身可能發(fā)生改變。因此需要重視設(shè)備實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，積累腐蝕數(shù)據(jù)、案例，特別是設(shè)備腐蝕破壞事故的有關(guān)資料,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),1）系統(tǒng)中油、氣、水的流動(dòng)方向發(fā)生突變的位置。在這些部位往往容易產(chǎn)生湍流和流速的急劇變化。 （2）系統(tǒng)中存在死角、縫隙、旁路支管、障礙物或其它呈突出狀態(tài)

31、的部位。這些部位容易腐蝕，原因有三：一是這些部位容易產(chǎn)生滯留區(qū)，沉積物或腐蝕產(chǎn)物的積聚容易引發(fā)形成閉塞電池；二是這些區(qū)域形狀特點(diǎn)會(huì)造成這些部位的局部腐蝕氣體的分壓升高；三是這些部位容易發(fā)生湍流引起沖刷腐蝕。 （3）設(shè)備裝置的受應(yīng)力區(qū)。如焊縫、鉚接處、螺紋連接處，經(jīng)受溫度交替變化或應(yīng)力循環(huán)變化的區(qū)域。這些部位易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕、焊縫腐蝕、縫隙腐蝕和腐蝕疲勞等。 （4）設(shè)備中兩種金屬接觸部位，易發(fā)生電偶腐蝕,3.3 防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.3.1易發(fā)生腐蝕的部位,中原油田采油院,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),3.3.2 高酸性氣田腐蝕控制對(duì)管柱及采氣站場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般要求： （1）注意材料的相容性和設(shè)備之間的

32、相互腐蝕性影響。避免強(qiáng)電偶連接和大陰極小陽極的連接方式。 （2）管柱和設(shè)備的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，減少腐蝕電池形成的機(jī)會(huì)。 （3）管壁的表面狀態(tài)應(yīng)當(dāng)均勻、平滑、清潔，上扣機(jī)具不應(yīng)造成大的壓痕（如普光采用的微壓痕鉗上扣）。 (4) 結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡量避免縫隙、液體停滯、應(yīng)力集中、局部過熱等不均勻因素。 （5）管柱和流體通道內(nèi)應(yīng)避免流速突然變化和發(fā)生湍流。 （6）防止單質(zhì)硫沉積和水合物的形成,中原油田采油院,盡量集中附件、簡(jiǎn)化主體設(shè)計(jì),不良,良,入孔,安全閥,排出管,排出管,入孔,安全閥,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,表面;應(yīng)簡(jiǎn)單、平滑、清潔，避免尖角和切痕。焊縫應(yīng)整理 和打磨，除去凹出物，填充

33、孔隙，突出的緊固件愈少愈好,尖角粗糙雪痕,圓角平滑,不良,良,I不良（焊接缺陷,良,良（磨去凸出物,良（填充孔隙,最好,較好,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,3.3.3 防腐蝕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的若干細(xì)則,1）排液防止液體停滯 金屬結(jié)構(gòu)和設(shè)備的外形應(yīng)避免積水，減少易積水的間隙，凹槽和坑洼； 貯罐和容器的內(nèi)部形狀應(yīng)有利于液體排放； 管道系統(tǒng)內(nèi)部要流線化，使流動(dòng)順暢,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,不良（聚積沉淀,不良（液體停滯,良,良（臥式容器向出口傾斜,貯罐和容器 應(yīng)有利于排液,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,2）消除溫度不均,避免局部過熱： 被焊組件的厚度不要相差很大；

34、和高溫氣體接觸的設(shè)備，要避免局部地區(qū)溫度偏低,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,不良（鋼支柱散熱,良（避免形成冷凝液,保溫時(shí)避免形成“冷點(diǎn),熱氣體,冷凝液,隔 熱 材 料,熱氣體,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,3）避免(或減少)電偶腐蝕影響,用絕緣材料把異金屬部件隔離 ； 降低異金屬部件之間的電位差異 ； 降低電偶對(duì)結(jié)合處環(huán)境的腐蝕性，保持干燥 ； 增加異金屬部件在溶液中的距離(不要靠得太近) 使腐蝕電池溶液通路的電阻增加,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,用絕緣的方法防止電偶腐蝕,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,4）避免縫隙,選擇適當(dāng)?shù)穆?lián)接方式，對(duì)于不可

35、拆卸聯(lián)接，只要 允許，應(yīng)優(yōu)先選用； 當(dāng)設(shè)計(jì)中縫隙不可以避免時(shí)，可以采取適當(dāng)措施 防止形成閉塞條件； 固體懸浮物質(zhì)的沉積以及SRB腐蝕是造成縫隙的另一個(gè)重要原 因,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,縫隙,用焊接代替鉚接和螺紋聯(lián)接,不良,不良,好,不良（螺紋聯(lián)接,良（釬焊,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,5）減少?zèng)_刷(磨損,改善流體的流動(dòng)狀態(tài)，減少湍流和渦旋的形成 ； 流速要適當(dāng)。 避免流動(dòng)方向突然改變，以減小流體的沖擊作用。 管道系統(tǒng)中流動(dòng)截面積不要突然改變，以避免擾動(dòng)流動(dòng)狀態(tài)。 減少氣體中夾帶懸浮固體物質(zhì)，除去氣體和蒸氣中的冷凝液滴，可以大大降低液流和氣流對(duì)設(shè)備的磨損,三、材

36、料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,沖刷,避免流動(dòng)方向突然變化,d,良,不良,最小3d,d,d,最小長(zhǎng) 度3d,最小半徑3d,不良,良,良,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,消除殘余應(yīng)力影響的措施,1）避免局部應(yīng)力集中 （2）考慮設(shè)備在運(yùn)行中因熱膨脹、震動(dòng)、沖擊等原因可能引起的變形。 （3）用熱處理、振動(dòng)時(shí)效、超聲波時(shí)效消除殘余應(yīng)力，如焊接殘余應(yīng)力。 （4）用表面噴丸、噴砂、錘打等方法消除表面拉應(yīng)力并引入壓應(yīng)力，可以增加合金材料抵抗應(yīng)力腐蝕破裂的能力，也可以大幅度提高材料抗腐蝕疲勞的能力,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),6）消除應(yīng)力,中原油田采油院,高鎳合金,SM-2050 C276,SM-

37、2535、 SM-2550、 028、G3、825、718、925,H2S 分壓 (atm,CO2 分壓 (atm,3.4 普光氣田的防腐 蝕設(shè)計(jì)實(shí)例,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),1）高含H2S與CO2 2）高溫高壓，流體在井筒內(nèi)可能處于超臨界狀態(tài) 3）地層水礦化度高，Cl-含量高 4）不含凝析油，有元素硫析出,3.4.1材料選擇,中原油田采油院,整套油管全部采用抗H2S和CO2的G3高鎳基合金鋼。 套管下部采用825合金鋼，上部采用高抗硫鋼110SS，下永久式封隔器。 環(huán)空加高濃度緩蝕劑保護(hù)液。 套管和井口連接位置、套管下部高合金鋼和抗硫碳鋼連接位置是發(fā)生電偶腐蝕的敏感部位,電偶腐蝕,電偶腐蝕

38、,3.4.2 管柱設(shè)計(jì),三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,微牙痕作業(yè)工具,大鉗作業(yè)與微牙痕作業(yè)對(duì)油管損害對(duì)比,微牙痕作業(yè),大鉗作業(yè),油管的機(jī)械損傷會(huì)大大降低油管的抗SSC能力，必須采用專用的下井工具，減少對(duì)油管的損傷，同時(shí)保證對(duì)油管絲扣的密封性能,3.4.3專用工具,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),中原油田采油院,VAM TOP扣和套管組成連接后內(nèi)部平滑，消除渦流 密封面在端部，形成的縫隙非常狹小，降低縫隙腐蝕 整體分散應(yīng)力，避免與流體接觸區(qū)域產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中,三、材料選用與防腐蝕設(shè)計(jì),3.4.4扣型選擇,中原油田采油院,4.1 腐蝕監(jiān)測(cè)和檢測(cè)的意義,四、腐蝕的監(jiān)測(cè)與檢測(cè),腐蝕監(jiān)/檢測(cè)就是

39、利用各種手段對(duì)材料/設(shè)備的腐蝕速率以及腐蝕狀況進(jìn)行測(cè)量。 分為離線檢測(cè)和在線監(jiān)測(cè)： 離線檢測(cè)：設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，檢查設(shè)備的腐蝕狀況，如有無裂紋，剩余 壁厚，剩余強(qiáng)度等。 在線監(jiān)測(cè)：設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)，利用各種探頭測(cè)量其腐蝕速率，以及能影響 腐蝕速率的各種工藝參數(shù)，并據(jù)此調(diào)整工藝參數(shù)，控制腐蝕的發(fā) 生與發(fā)展，使設(shè)備處于良好的可控運(yùn)行狀態(tài),中原油田采油院,4.2 油氣田的腐蝕檢測(cè)與檢測(cè)： 4.2.1井筒的腐蝕監(jiān)測(cè)： 井下掛環(huán)、井徑法、電磁探傷測(cè)井、井下超聲電視測(cè)井等 4.2.2地面設(shè)施的腐蝕監(jiān)測(cè) 全面腐蝕 : 電阻探針 (ER) 電感探針 掛片法 線性極化探針 (LPR) 電指紋法 氫探針 局部腐蝕: 電化學(xué)噪聲 (僅僅定性的) 智能清管 耦合多電極矩陣傳感器(定量的, 0.02 mpy or 0.5 m/yr,四、腐蝕的監(jiān)測(cè)與檢測(cè),中原油田采油院,電感探針,電化學(xué)探針,電阻探針,電阻探針,耦合多電極,掛片,中原油田采油院,監(jiān)測(cè)方法對(duì)比,四、腐蝕的監(jiān)測(cè)與檢測(cè),中原油田采油院,監(jiān)測(cè)方法對(duì)比,四、腐蝕的