注水井管柱腐蝕分析及防護(hù)措施的應(yīng)用

1、2006年第35卷石油礦場機(jī)械第3期第87頁OI L FIE LD EQUIPMENT 2006, 35(3 :8789文章編號:100123482(2006 0320087203注水井管柱腐蝕分析及防護(hù)措施的應(yīng)用史春軒, 趙中華, 張新杰, 陳波(河南南陽油田機(jī)械制造有限公司, 河南南陽473132H 2S 、Cl -1、Ca 2+、Mg 2+、SO 4-2、O 2摘要:闡述了CO 2、及影響因素, 針對南陽油田管柱和水樣分析, 。關(guān)鍵詞:腐蝕機(jī)理; 水樣分析; 環(huán)氧粉末; 中圖分類號:TE934. 06:Acorrosion analysis for tubes of w ater inj

2、ection w ell2xuan ,ZHAO Zhong 2hua ,ZHAN G Xin 2jie ,C H EN Bo(M achine M anuf acture Co. L t d. , Henan N any ang Oil f eil d , N any ang 473132, China Abstract :In t his paper , t he mechanism and influencing factors of t he corro sion of t ubes of water injection well under t he conditio ns of co

3、existence of CO 2、H 2S 、Cl -1、Ca 2+、Mg 2+、SO 4-2、O 2and germs reviewed , corro sion 2resistant of ring oxygen powder for t ubes in nanyang oilfield and water analysis is proposed. K ey w ords :corro sion mechanism ;water analysis ;ring oxygen powder ;corrosion 2resistant technics油田注水井管柱由于其氣、水、烴、固共存的

4、多相流腐蝕介質(zhì)及高溫高壓的腐蝕工作環(huán)境, 使其成為腐蝕防護(hù)的難點(diǎn)。目前東部油田開發(fā)已進(jìn)入特高含水期, 注水井管柱由于腐蝕, 每隔12a 就需要更換1, 甚至23個月便出現(xiàn)腐蝕穿孔現(xiàn)象, 降低了注水管柱的使用壽命和系統(tǒng)注水效率, 頻繁更換管柱, 增加了作業(yè)次數(shù), 增加了注水成本。1注水井油管腐蝕產(chǎn)物分析對河南油田H -18等注水井的油管內(nèi)壁取腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行X 射線衍射分析, 可見, 腐蝕產(chǎn)物主要是FeCO 3、FeO (O H 、Fe 3O 4、Na 6Fe (SO 4 (CO 3 4、其中,FeCO 3、FeO (O H 都是CO 2腐蝕反應(yīng)產(chǎn)物, Na 6Fe (SO 4 (CO 3 4是CO

5、 2 腐蝕產(chǎn)物固溶或置換反圖8分解尺度為9時不同小波的濾波效果參考文獻(xiàn):1王常斌, 陳濤平, 王江, 等. 游梁式抽油機(jī)懸點(diǎn)運(yùn)動參2曹寧, 虞湘濱. 基于FF T 的快速小波變換算法研究J.河海大學(xué)常州分校學(xué)報,2001,15(3 :125. 3謝杰成, 張大力, 徐文立. 一種小波去噪方法的幾點(diǎn)改數(shù)的計算J.大慶石油學(xué)院學(xué)報, 1998, 22(1 :12215.進(jìn)J.清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)學(xué)報 ,2002,42(9 :126921272.收稿日期:2006202201作者簡介:史春軒(19712 , 男, 甘肅正寧人, 工程師,1995年畢業(yè)于中國石油大學(xué)機(jī)械系, 目前主要從事油管自動化生

6、產(chǎn)線、防腐線和蘇州福瑞德石油專用管生產(chǎn)線的設(shè)計工作。88OI L FIE LD EQUIPMENT 2006Vol. 353應(yīng)的產(chǎn)物, Fe 3O 4是FeCO 3或金屬在空氣中的氧化產(chǎn)物等?；镌谝欢ǔ潭壬献柚沽藲湓酉驓浞肿拥霓D(zhuǎn)變, 氫原子在管材表面層的缺陷處結(jié)合成氫分子, 體積膨脹, 產(chǎn)生氫壓。在氫氣聚集區(qū)附近, 機(jī)體內(nèi)部形成拉應(yīng)力, 在管材的服役拉力疊加、協(xié)同作用下, 就形成了氫致開裂(HIC 和硫化物應(yīng)力腐蝕開裂(SS 2CC 。總之, H 2S SSCC 。2. 3C L -、C a 2+、Mg 2+-, 2注水井油管腐蝕原因分析2. 1CO 2腐蝕CO 2溶于水后對鋼鐵有極強(qiáng)的腐

7、蝕性, 在相同的p H 值下總酸度比鹽酸高2。CO 2腐蝕最典型的特征是呈現(xiàn)局部點(diǎn)蝕、輪蘚狀腐蝕和臺面狀坑蝕, 其中, 臺面狀坑蝕是腐蝕過程最嚴(yán)重的情況。這種腐蝕穿孔率很高, 腐蝕速率達(dá)37mm/a , 件下高達(dá)20mm/a 3, 大下降。CO 2水形成碳酸, 。Fe +HCO 3-FeCO 3+H +2e , Fe 2+2H 2O FeO (O H +8HCO 3-, 3FeCO 3+4H 2O Fe 3O 4+3HCO 3-+5H +2e 。, 從; 另一方面使得CO 2在水溶液, 有緩解碳鋼腐蝕的作用。當(dāng)CL -含量較低(5000mg/L 時,N80鋼表面腐蝕產(chǎn)物膜較致密, 附著力也較高

8、, 抗腐蝕性好; 當(dāng)含量增加1倍時, 試樣表面腐蝕產(chǎn)物膜的致密性降低, 導(dǎo)致鋼的腐蝕速率增大; 進(jìn)一步提高含量, 溶液中CO 2含量降低,p H 值增大,CaCO 3的沉積傾向增大, 抑制了全面腐蝕的發(fā)生, 因而均勻腐蝕速率呈下降趨勢。Ca 2+、Mg 2+對試樣的腐蝕行為一方面, Ca 2+、Mg 2+存在增大了水溶液的硬度, 使離子強(qiáng)度增大,實(shí)際上,CO 2腐蝕往往表現(xiàn)為全面腐蝕和一種典型的沉積物下方的局部腐蝕共同現(xiàn)象。但現(xiàn)在普遍認(rèn)為, 油井管的CO 2腐蝕應(yīng)以局部腐蝕特性來定義和評價預(yù)測, 因?yàn)? 油井管的壽命常因局部腐蝕穿孔、斷裂而終止, 這時壁厚的均勻減薄并不嚴(yán)重。水井中常含有Ca2

9、+、Mg2+離子, 易生成碳酸鹽垢, 腐蝕產(chǎn)物FeCO 3及結(jié)垢產(chǎn)物GaCO 3或不同的生成物膜, 在鋼鐵表面不同區(qū)域的覆蓋度不同, 不同區(qū)域之間形成了具有很強(qiáng)的自催化作用腐蝕電偶, CO 2的局部腐蝕就是這種腐蝕電偶作用的結(jié)果。2. 2H 2S 腐蝕H 2S 腐蝕是2種常見的腐蝕類型之一。碳鋼或低合金鋼暴露于含H 2S 的環(huán)境介質(zhì)中, 除表面生成FeS 膜外, 因腐蝕而產(chǎn)生的氫侵入鋼中, 還會引起氫致開裂(HIC , 在鋼的表面可以看到氫鼓泡, 在應(yīng)力作用下還會發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂(SSCC 。在原油形成、運(yùn)移、聚集過程中, 含硫有機(jī)物在高溫高壓環(huán)境下, 能夠分解形成比較穩(wěn)定的H 2S , 一般

10、認(rèn)為H 2S 會加速鐵的電離反應(yīng), 并進(jìn)一步生成FeS , 反應(yīng)如下-Fe +H 2S +H 2O Fe HS 吸附+H 3O ,-Fe HS 吸附+H 3O Fe 2+H 2S +H 3O ,導(dǎo)致CO 2溶解在水中的亨利常數(shù)增大, 在其他條件不變的情況下,Ca 2+、Mg 2+含量增加使得CO 2含量減少; 另一方面Ca 2+、Mg 2+含量的增加會使溶液中結(jié)垢傾向增大, 由此會加速垢下腐蝕, 以及產(chǎn)物膜與缺陷處暴露基體金屬間的電偶腐蝕。上述2方面的影響因素使得全面腐蝕速率降低而局部腐蝕增強(qiáng)。2. 4液相流態(tài)液相流態(tài)是影響腐蝕的一個重要因素, 它不僅可以破壞鋼表面腐蝕產(chǎn)物膜的形成, 而且可以

11、加速腐蝕介質(zhì)向鋼表面的擴(kuò)散。有關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表明, 動態(tài)腐蝕試樣存在嚴(yán)重的局部腐蝕。2. 5材質(zhì)因素普通N80鋼與抗硫鋼N80S 在相同條件下表現(xiàn)出不同的腐蝕規(guī)律,Cr 等既可提高鋼的抗CO 2腐蝕性能, 也可改善鋼的抗H 2S 腐蝕性能。Mn 與S 的結(jié)合可形成MnS 夾雜, 成為鋼中的微陰極, 促進(jìn)局部腐蝕的發(fā)生, 降低鋼的抗CO 2/H 2S 腐蝕性能。MnS 夾雜的形成既與鋼中的Mn 、S 含量有關(guān), 也與鋼的熱處理有關(guān)。2. 6細(xì)菌等微生物的腐蝕Fe 2+HS -FeS +H +。當(dāng)生成的FeS 致密及與機(jī)體結(jié)合良好時, 對腐蝕有一定的減緩作用; 但當(dāng)生成的FeS 不致密時, 可與金屬機(jī)

12、體形成強(qiáng)電偶, 反而促進(jìn)機(jī)體的腐蝕。另外, 當(dāng)溶液中或金屬機(jī)體表面有硫化物存在時, 硫在初始的注入水中并沒有H 2S 的蹤跡, 但因?yàn)榱蛩猁}還原菌(SRB 的存在, 仍然有十分典型的H 2S 腐蝕現(xiàn)象出現(xiàn)。這類細(xì)菌有很多種常見的幾種是在溫度為3035,p H 值為5. 59. 0的環(huán)境中活動。這類細(xì)菌不僅可以還原硫酸鹽產(chǎn)生史春軒, 等:注水井管柱腐蝕分析及防護(hù)措施的應(yīng)用89H 2S , 使水中的H 2S 含量提高, 令水質(zhì)惡化變?yōu)椤昂谒? 而且可以在水中產(chǎn)生FeS 等物質(zhì)堵塞和破壞管道, 從而對注水管道產(chǎn)生綜合性破壞。因此, 抑制SRB 的繁殖也成為注水井防腐蝕的一個重要環(huán)節(jié)噴涂材料, 油管

13、內(nèi)壁經(jīng)過噴砂除銹后, 將油管本身加熱, 靜電噴涂環(huán)氧粉末, 該涂料在一定溫度下, 樹脂經(jīng)過融熔, 化學(xué)交聯(lián)后, 固化成平整、堅(jiān)硬的涂層。固化后的涂膜, 不會因溫度的升高而重新軟化。3. 3環(huán)氧粉末涂層防腐油管的特點(diǎn)a , 油管內(nèi)壁形成“錨紋”, 涂層與管體結(jié)合力強(qiáng), 。b , 內(nèi)壁光潔致3注水管防腐工藝3. 1環(huán)氧粉末涂層防腐油管生產(chǎn)情況噴涂環(huán)氧樹脂粉末在管道上的應(yīng)用量已超過其他材料, 居首要地位。據(jù)國外18家管道敷設(shè)廠統(tǒng)計, 有將近50%的廠家采用環(huán)氧粉末涂層設(shè)計院對國內(nèi)24種涂料進(jìn)行篩選, 能指標(biāo)如表1。表1管道使用要求減阻型管道普通型防腐型管道加強(qiáng)型內(nèi)涂層厚度/m50250350密, ,

14、 不會產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。, 其有相當(dāng)優(yōu)良的柔韌性, 抗沖擊, 在拉伸負(fù)荷下不會產(chǎn)生龜裂, 不會成片脫落, 涂層只會在介質(zhì)液體中緩慢磨損, 使用壽命長。e 涂層無毒, 不污染環(huán)境。f 具有良好的耐酸、耐堿等蝕性能, 適應(yīng)p H 值范圍31012. 5。3. 4環(huán)氧粉末涂層防腐油管的使用河南南陽油田總機(jī)械廠20052006201共生產(chǎn)環(huán)氧粉末涂層防腐油管2002. 9t , 分別用在腐蝕比較嚴(yán)重的H9-6井和J 4-125井等,2006203211起井時, 該批防腐油管完好無損, 涂層沒有出現(xiàn)任何脫落、起泡、點(diǎn)蝕現(xiàn)象, 油管螺紋及接箍螺紋均完好。表2熔結(jié)環(huán)氧粉末涂料質(zhì)量指標(biāo)項(xiàng)目外觀密度/g cm -

15、3粘度分布/%質(zhì)量指標(biāo)色澤均勻, 無結(jié)塊試驗(yàn)方法目測4結(jié)論1 CO 2和H 2S 腐蝕是世界石油工業(yè)中2種1. 31. 5G B/T447221984m , >1503. 0m , >2502. 0G B655421986常見的腐蝕類型,CL -、Ca 2+、Mg 2+離子、細(xì)菌等微物、介質(zhì)的液相流態(tài)都會引起注水管的腐蝕。2 各油田使用的防腐油管可以分為涂料防腐油管、氮化防腐油管、內(nèi)襯防腐油管、鎳磷復(fù)合鍍油管和非A PI 標(biāo)準(zhǔn)的13Cr 等不銹鋼油管。3 環(huán)氧粉末涂層防腐油管是以粉狀環(huán)氧樹脂為噴涂材料, 油管內(nèi)壁噴砂除銹后、加熱、靜電噴涂環(huán)氧粉末, 在一定溫度下, 經(jīng)過融熔、化學(xué)交聯(lián)、固化成平整、堅(jiān)硬的涂層。使用后, 防腐油管完好無損, 涂層沒有出現(xiàn)任何脫落、起泡、點(diǎn)蝕現(xiàn)象。參考文獻(xiàn):不揮發(fā)物含量/%99. 4180(180°C G B/T655421986膠化時間120(200°C 60(230°C G B/T655421