石油天然氣工業(yè)高含CO2環(huán)境用套管、油管及井下工具的材料選擇編制說(shuō)明

1、石油天然氣工業(yè)高含 CO2環(huán)境用套管、油管及井下工具的材料選擇（征求意見稿）編制說(shuō)明一、工作簡(jiǎn)況根據(jù)國(guó)標(biāo)委綜合2019 22 號(hào)“國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)關(guān)于下達(dá)第二批推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃的通知”文件的要求，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)石油天然氣工業(yè)高含CO2 環(huán)境用套管、油管及井下工具的材料選擇以項(xiàng)目編號(hào)20192114-T-469 下達(dá)。按照標(biāo)準(zhǔn)制、修訂工作程序的要求，成立了由中國(guó)石油集團(tuán)石油管工程技術(shù)研究院為負(fù)責(zé)起草單位，中國(guó)石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)慶油田分公司油氣工藝研究院、大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院、中國(guó)石油天然氣股份有限公司塔里木油田分公司為參加起草單位的工作組。工作組成員主要有：李發(fā)根、謝俊峰、方

2、偉、付安慶、邵曉東、趙雪會(huì)、趙密峰、張永平、姜毅、劉向斌。主要起草人及其承擔(dān)工作如下：李發(fā)根（項(xiàng)目主持、主要起草人）、謝俊峰（標(biāo)準(zhǔn)稿修改）、方偉（標(biāo)準(zhǔn)稿修改）、付安慶（標(biāo)準(zhǔn)稿修改）、邵曉東（非金屬選材）、趙雪會(huì)（金屬選材）、趙密鋒（現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用信息反饋）、張永平（現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用信息反饋）、姜毅（現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用信息反饋）、劉向斌（現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用信息反饋）。在本標(biāo)準(zhǔn)的編制過(guò)程中，首先在對(duì)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)分析基礎(chǔ)上將ISO 17348: 2016 翻譯形成草案；其次結(jié)合了油套管和井下工具材料腐蝕適應(yīng)性研究、以及相關(guān)產(chǎn)品在油田應(yīng)用案例分析，經(jīng)過(guò)廣泛討論后對(duì)草案進(jìn)行了校稿修改，最終于2019 年 4 月編制完成了本標(biāo)準(zhǔn)征求意見

3、稿。二、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)以ISO 17348:2016 為基礎(chǔ)，考慮了國(guó)內(nèi)油田防腐選材的具體情況，以滿足我國(guó)油氣安全生產(chǎn)的需要，促進(jìn)高含CO2 環(huán)境用套管、油管及井下工具防腐選材和腐蝕控制技術(shù)的提高為落腳點(diǎn)，最終按照GB/T 1.1 2020標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第 1 部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)1和起草規(guī)則要求確定草案結(jié)構(gòu)框架。在此基礎(chǔ)上，本標(biāo)準(zhǔn)以國(guó)內(nèi)高含CO2 氣田開采和CCUS 工程應(yīng)用為背景，圍繞高含CO2環(huán)境用油套管及井下工具防腐選材問(wèn)題，以材料與環(huán)境相容性為落腳點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)腐蝕環(huán)境下不同材料的腐蝕適應(yīng)性，突出不選工況下選材指南及要求，進(jìn)一步形成了環(huán)境腐蝕性評(píng)價(jià)、材

4、料選擇并附以腐蝕控制措施配套的技術(shù)路線，確定了技術(shù)內(nèi)容框架：腐蝕評(píng)價(jià)、材料選擇、腐蝕控制。本標(biāo)準(zhǔn)適用于高壓高含CO2（含量高于10%，分壓大于1MPa ）環(huán)境下的CO2 氣體注入井和采氣井用無(wú)縫套管和油管及井下工具材料選擇，具體覆蓋了以下井況：a）注入井：1）注入高含 CO2氣體（含 H2S和不含 H2S）；2）交替注入高含CO2氣體（含 H 2S和不含 H 2S）和水（ WAG ）；b）高含 CO2的采氣井（含 H 2S和不含 H 2S）。本標(biāo)準(zhǔn)許多要求同樣適用于低含CO2 環(huán)境。三、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）的分析、綜述報(bào)告，技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果1、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）的分析、綜述報(bào)告關(guān)于高

5、壓高含CO2（含量高于10%，分壓大于1MPa ）環(huán)境下的CO2 氣體注入井和采氣井用無(wú)縫套管和油管及井下工具防腐選材和控制標(biāo)準(zhǔn)方面，目前還缺乏完善和系統(tǒng)的規(guī)范體系，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)更多關(guān)注于單一產(chǎn)品的性能，如對(duì)于管材選用和腐蝕控制措施方面也主要集中在酸性油氣田用管材選用上，如歐洲腐蝕聯(lián)盟EFC16 號(hào)公報(bào)油氣生產(chǎn)含H2S 環(huán)境中碳鋼和低合金鋼材料要求指南，ISO 15156 標(biāo)準(zhǔn)石油和天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含H 2S 環(huán)境材料， 這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)酸性環(huán)境下材料的性能和管材適用范圍進(jìn)行了簡(jiǎn)單的界定，但不夠明確，同時(shí)也沒(méi)有考慮管材可能發(fā)生的失重腐蝕、點(diǎn)蝕等問(wèn)題。各大鋼管生產(chǎn)廠家也推出一些選材規(guī)范，如日本住

6、友公司提出的住友的石油鉆采鋼管選材規(guī)范，給出了不同環(huán)境下管材的使用范圍，但這些只是生產(chǎn)廠家針對(duì)自身產(chǎn)品的一個(gè)推薦做法，還有待進(jìn)一步驗(yàn)證和完善。SY/T6857.1-2012 給出了含H2S 油氣田環(huán)境下碳鋼和低合金鋼油管和套管選用推薦做法，不過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)還僅局限于碳鋼和低合金鋼產(chǎn)品，顯然不適用于苛刻腐蝕工況下選材。綜合來(lái)看，選用經(jīng)濟(jì)有效的管材和腐蝕控制措施，是擺在油田防腐工作者當(dāng)前較為棘手但又必須解決的問(wèn)題。為了驗(yàn)證本標(biāo)準(zhǔn)所涉及典型材料耐蝕性能，標(biāo)準(zhǔn)制定組以集團(tuán)重大專項(xiàng)為依托，對(duì)典型合金材料開展了腐蝕適應(yīng)性分析，結(jié)果如下：1）金屬材料2圖 1 四種油管耐蝕合金材料失重腐蝕速率結(jié)果試驗(yàn)環(huán)境： 120

7、 /CO2 3.2MPa/ 地層水BG13CrBG15CrJFE13CrJFE15Cr圖 2四種油管耐蝕合金材料試驗(yàn)后試樣腐蝕形貌2）非金屬材料表 1三種非金屬材料在超臨界態(tài)CO2 下試驗(yàn)性能樣品類型外觀顏色質(zhì)量體積硬度拉伸伸長(zhǎng)率強(qiáng)度丁腈橡膠變白 /擦拭失重減小無(wú)明顯變無(wú)明顯無(wú)明顯變（NBR ）噴霜56%46%化變化化后無(wú)變色聚四氟乙無(wú)明顯變無(wú)明顯增重約增加無(wú)明顯變無(wú)明顯無(wú)明顯變烯 PTFE）化變化0.5%0.71.3%化變化化尼龍 6無(wú)明顯變褪色增重增加無(wú)明顯變降低增加（ PA）化0.71.4%0.51.3%化3試驗(yàn)前：a）丁腈橡膠NBRb）聚四氟乙烯（PTFE）c）尼龍 6 試樣（ PA6

8、）試驗(yàn)后：d）丁腈橡膠NBRe）聚四氟乙烯（PTFE）f）尼龍 6 試樣（ PA6）圖 3三種非金屬材料在超臨界態(tài)CO2 下試驗(yàn)前后形貌2、技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證本標(biāo)準(zhǔn)建立的高含CO2 環(huán)境用套管、油管和井下工具材料選擇標(biāo)準(zhǔn)體系，能夠規(guī)范油田防腐設(shè)計(jì)工作，從源頭上降低油氣生產(chǎn)系統(tǒng)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。依據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)提出的材料性能控制要求制定訂貨技術(shù)條件，按照本標(biāo)準(zhǔn)提出的選材評(píng)價(jià)方法指導(dǎo)選材，同時(shí)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的腐蝕控制措施開展腐蝕防控，預(yù)計(jì)將能明顯提升油田防腐水平，顯著降低油井的腐蝕穿孔率。我國(guó)油氣勘探開發(fā)過(guò)程中，油井管柱耗資達(dá)千億元，我國(guó)現(xiàn)有油氣井約40 萬(wàn)口，每年新鉆油氣井約3 萬(wàn)口，使用各類管材超過(guò)350 萬(wàn)噸。

9、鉆井過(guò)程中管材失效年均達(dá)3000 多起，因管材原因報(bào)廢井?dāng)?shù)10 口，經(jīng)濟(jì)、人員、環(huán)境的重大損失。面對(duì)我國(guó)如此龐大的井下系統(tǒng)及其失效事故率，通過(guò)本標(biāo)準(zhǔn)的建立進(jìn)而實(shí)現(xiàn)油田油套管材及井下工具的選材規(guī)范化，必將顯著降低失效事故率，經(jīng)濟(jì)可觀社會(huì)效益顯著。因此，本標(biāo)準(zhǔn)的制定無(wú)論經(jīng)濟(jì)上還是技術(shù)上都將是對(duì)當(dāng)前油田防腐選材工作的極大提升，有效提升油田本質(zhì)安全。3、預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果本項(xiàng)目編制的高含CO2 環(huán)境用套管、油管和井下工具材料選擇標(biāo)準(zhǔn)，有效梳理了各類管材使用范圍，明確了腐蝕控制措施，能夠擺脫當(dāng)前油田盲目選材防腐措施隨意使用的局面，規(guī)范油田防腐設(shè)計(jì)工作，提升油氣井本質(zhì)安全，應(yīng)用前景廣闊。4該標(biāo)準(zhǔn)大面積應(yīng)用推廣

10、后，能夠從防腐源頭把控，從腐蝕評(píng)估、材料選擇和腐蝕控制措施多管齊下，保障石油天然氣工業(yè)中最大范圍油氣田用戶要求，提升我國(guó)高含CO2 井防腐水平；同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的建立還將間接促進(jìn)新產(chǎn)品新技術(shù)的研發(fā)，推動(dòng)我國(guó)油套管材及井下工具制造能力的快速攀升。預(yù)期將在中石油各油氣田、中石化、中海油等單位得到推廣應(yīng)用，獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效果。四、采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的程度，以及與國(guó)際、國(guó)外同類標(biāo)準(zhǔn)水平的對(duì)比情況，或與測(cè)試的國(guó)外樣品、樣機(jī)的有關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比情況本標(biāo)準(zhǔn)等同采用ISO 17348:2016石油天然氣工業(yè)高含 CO2 環(huán)境用套管、油管及井下工具的材料選擇。本標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)外同類標(biāo)準(zhǔn)同處于國(guó)際先進(jìn)水平。五、與有關(guān)的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施將有助于規(guī)范高含CO2 環(huán)境用套管、 油管及井下工具選材工作，有效降低油套管材和井下工具的腐蝕失效概率，顯著提升油氣開采的本質(zhì)安全，以實(shí)際行動(dòng)踐行中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法，減少油氣泄漏帶來(lái)的環(huán)境損傷。六、重大分歧意見的處理經(jīng)過(guò)和依據(jù)無(wú)。七、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)作為強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的建議建議作為推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。八、貫徹國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議（包括組織措施、技術(shù)措施、過(guò)渡辦法等內(nèi)容）標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布后，計(jì)劃通過(guò)兩方面來(lái)推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的宣貫實(shí)施：一方面通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)制定單位內(nèi)部宣