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）編制說明一、工作簡況根據(jù)國標委綜合2019 22 號“國家標準化管理委員會關于下達第二批推薦性國家標準計劃的通知”文件的要求，國家標準石油天然氣工業(yè)高含CO2 環(huán)境用套管、油管及井下工具的材料選擇以項目編號20192114-T-469 下達。按照標準制、修訂工作程序的要求，成立了由中國石油集團石油管工程技術研究院為負責起草單位，中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司油氣工藝研究院、大慶油田有限責任公司采油工程研究院、中國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、趙密峰、張永平、姜毅、劉向斌。主要起草人及其承擔工作如下：李發(fā)根（項目主持、主要起草人）、謝俊峰（標準稿修改）、方偉（標準稿修改）、付安慶（標準稿修改）、邵曉東（非金屬選材）、趙雪會（金屬選材）、趙密鋒（現(xiàn)場應用信息反饋）、張永平（現(xiàn)場應用信息反饋）、姜毅（現(xiàn)場應用信息反饋）、劉向斌（現(xiàn)場應用信息反饋）。在本標準的編制過程中，首先在對國內外標準文獻分析基礎上將ISO 17348: 2016 翻譯形成草案；其次結合了油套管和井下工具材料腐蝕適應性研究、以及相關產品在油田應用案例分析，經過廣泛討論后對草案進行了校稿修改，最終于2019 年 4 月編制完成了本標準征求意見

3、稿。二、國家標準編制原則和確定國家標準主要內容的論據(jù)本標準以ISO 17348:2016 為基礎，考慮了國內油田防腐選材的具體情況，以滿足我國油氣安全生產的需要，促進高含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的提高為落腳點，最終按照GB/T 1.1 2020標準化工作導則第 1 部分：標準化文件的結構1和起草規(guī)則要求確定草案結構框架。在此基礎上，本標準以國內高含CO2 氣田開采和CCUS 工程應用為背景，圍繞高含CO2環(huán)境用油套管及井下工具防腐選材問題，以材料與環(huán)境相容性為落腳點，強調腐蝕環(huán)境下不同材料的腐蝕適應性，突出不選工況下選材指南及要求，進一步形成了環(huán)境腐蝕性評價、材

4、料選擇并附以腐蝕控制措施配套的技術路線，確定了技術內容框架：腐蝕評價、材料選擇、腐蝕控制。本標準適用于高壓高含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）。本標準許多要求同樣適用于低含CO2 環(huán)境。三、主要試驗（或驗證）的分析、綜述報告，技術經濟論證，預期的經濟效果1、主要試驗（或驗證）的分析、綜述報告關于高

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縫套管和油管及井下工具防腐選材和控制標準方面，目前還缺乏完善和系統(tǒng)的規(guī)范體系，現(xiàn)有標準更多關注于單一產品的性能，如對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 號公報油氣生產含H2S 環(huán)境中碳鋼和低合金鋼材料要求指南，ISO 15156 標準石油和天然氣工業(yè) 油氣開采中用于含H 2S 環(huán)境材料， 這些標準對酸性環(huán)境下材料的性能和管材適用范圍進行了簡單的界定，但不夠明確，同時也沒有考慮管材可能發(fā)生的失重腐蝕、點蝕等問題。各大鋼管生產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，但這些只是生產廠家針對自身產品的一個推薦做法，還有待進一步驗證和完善。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，不過該標準還僅局限于碳鋼和低合金鋼產品，顯然不適用于苛刻腐蝕工況下選材。綜合來看，選用經濟有效的管材和腐蝕控制措施，是擺在油田防腐工作者當前較為棘手但又必須解決的問題。為了驗證本標準所涉及典型材料耐蝕性能，標準制定組以集團重大專項為依托，對典型合金材料開展了腐蝕適應性分析，結果如下：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果試驗環(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 下試驗性能樣品類型外觀顏色質量體積硬度拉伸伸長率強度丁腈橡膠變白 /擦拭失重減小無明顯變無明顯無明顯變（NBR ）噴霜56%46%化變化化后無變色聚四氟乙無明顯變無明顯增重約增加無明顯變無明顯無明顯變烯 PTFE）化變化0.5%0.71.3%化變化化尼龍 6無明顯變褪色增重增加無明顯變降低增加（ PA）化0.71.4%0.51.3%化3試驗前：a）丁腈橡膠NBRb）聚四氟乙烯（PTFE）c）尼龍 6 試樣（ PA6

8、）試驗后：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 下試驗前后形貌2、技術經濟論證本標準建立的高含CO2 環(huán)境用套管、油管和井下工具材料選擇標準體系，能夠規(guī)范油田防腐設計工作，從源頭上降低油氣生產系統(tǒng)腐蝕風險。依據(jù)本標準提出的材料性能控制要求制定訂貨技術條件，按照本標準提出的選材評價方法指導選材，同時根據(jù)本標準設計的腐蝕控制措施開展腐蝕防控，預計將能明顯提升油田防腐水平，顯著降低油井的腐蝕穿孔率。我國油氣勘探開發(fā)過程中，油井管柱耗資達千億元，我國現(xiàn)有油氣井約40 萬口，每年新鉆油氣井約3 萬口，使用各類管材超過350 萬噸。

9、鉆井過程中管材失效年均達3000 多起，因管材原因報廢井數(shù)10 口，經濟、人員、環(huán)境的重大損失。面對我國如此龐大的井下系統(tǒng)及其失效事故率，通過本標準的建立進而實現(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，經濟可觀社會效益顯著。因此，本標準的制定無論經濟上還是技術上都將是對當前油田防腐選材工作的極大提升，有效提升油田本質安全。3、預期的經濟效果本項目編制的高含CO2 環(huán)境用套管、油管和井下工具材料選擇標準，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)范油田防腐設計工作，提升油氣井本質安全，應用前景廣闊。4該標準大面積應用推廣

10、后，能夠從防腐源頭把控，從腐蝕評估、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，提升我國高含CO2 井防腐水平；同時標準的建立還將間接促進新產品新技術的研發(fā)，推動我國油套管材及井下工具制造能力的快速攀升。預期將在中石油各油氣田、中石化、中海油等單位得到推廣應用，獲得顯著的經濟效果。四、采用國際標準和國外先進標準的程度，以及與國際、國外同類標準水平的對比情況，或與測試的國外樣品、樣機的有關數(shù)據(jù)對比情況本標準等同采用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。本標準與現(xiàn)行國際標準、國外同類標準同處于國際先進水平。五、與有關的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強制性國家標準的關系本標準實施將有助于規(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安全，以實際行動踐行中華人民共和國環(huán)境保護法，減少油氣泄漏帶來的環(huán)境損傷。六、重大分歧意見的處理經過和依據(jù)無。七、國家標準作為強制性國家標準或推薦性國家標準的建議建議作為推薦性國家標準。八、貫徹國家標準的要求和措施建議（包括組織措施、技術措施、過渡辦法等內容）標準發(fā)布后，計劃通過兩方面來推動標準的宣貫實施：一方面通過標準制定單位內部宣