天然氣工程-氣井的腐蝕與安全

1、2022-4-111第十二章第十二章 氣井的腐蝕與安全氣井的腐蝕與安全天然氣工程天然氣工程2022-4-112主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一節(jié) 氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)第二節(jié) 氣井腐蝕的重要參數(shù)及其獲取方法第三節(jié) 氣井腐蝕性環(huán)境的材料選用第四節(jié) 氣井的防腐設(shè)計(jì)第五節(jié) 含硫化氫氣井的安全與防護(hù)2022-4-113第一節(jié)第一節(jié) 氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)一、氣井的腐蝕介質(zhì)一、氣井的腐蝕介質(zhì)u油氣井產(chǎn)出物的腐蝕性組分油氣井產(chǎn)出物的腐蝕性組分 硫化氫、元素硫及有機(jī)硫等含硫組分；二氧化碳；溶解氧氣；含氯離子濃硫化氫、元素硫及有機(jī)硫等含硫組分；二氧化碳；溶解氧氣；含氯離子濃度

2、較高的地層水或注水開(kāi)采過(guò)程中回采的注入水；硫酸鹽及硫酸鹽還原菌、碳度較高的地層水或注水開(kāi)采過(guò)程中回采的注入水；硫酸鹽及硫酸鹽還原菌、碳酸鹽類(lèi)。酸鹽類(lèi)。u油氣井注入物的腐蝕油氣井注入物的腐蝕 注入水：含溶解氧、細(xì)菌；注入水：含溶解氧、細(xì)菌； 增產(chǎn)措施：酸化作業(yè)時(shí)的殘酸液、為提高采收率時(shí)注入的聚合物、注入的增產(chǎn)措施：酸化作業(yè)時(shí)的殘酸液、為提高采收率時(shí)注入的聚合物、注入的 二氧化碳等；二氧化碳等； 干氣回注、回注氣體中的二氧化碳；干氣回注、回注氣體中的二氧化碳； 稠油熱采注入的高溫水蒸汽。稠油熱采注入的高溫水蒸汽。u非產(chǎn)層中的腐蝕介質(zhì)非產(chǎn)層中的腐蝕介質(zhì) 非產(chǎn)層地層同樣也會(huì)含有上述腐蝕性組分，固井質(zhì)量

3、差，或井下作業(yè)欠妥造成非產(chǎn)層地層同樣也會(huì)含有上述腐蝕性組分，固井質(zhì)量差，或井下作業(yè)欠妥造成的產(chǎn)層間、產(chǎn)層與非產(chǎn)層間流體的竄流。的產(chǎn)層間、產(chǎn)層與非產(chǎn)層間流體的竄流。 2022-4-114第一節(jié)第一節(jié) 氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)二、氣井的腐蝕環(huán)境二、氣井的腐蝕環(huán)境u油氣井的腐蝕環(huán)境包括不同部位的壓力、溫度、流態(tài)及流場(chǎng)。這些因素油氣井的腐蝕環(huán)境包括不同部位的壓力、溫度、流態(tài)及流場(chǎng)。這些因素又引起系統(tǒng)相態(tài)變化，變化過(guò)程伴有氣體溶解、逸出、氣泡破裂等，在又引起系統(tǒng)相態(tài)變化，變化過(guò)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，從而

4、加劇了流道壁面產(chǎn)生剪切及氣蝕、機(jī)械力與電化學(xué)腐蝕協(xié)同作用，從而加劇了腐蝕。腐蝕。u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(kāi)采過(guò)程中，腐蝕性組分含量常常是變化的。特別是隨腐蝕。在油氣井開(kāi)采過(guò)程中，腐蝕性組分含量常常是變化的。特別是隨開(kāi)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)硫化氫含量開(kāi)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(kāi)采期延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象。隨開(kāi)采期延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象。u不同材料相接觸或連接會(huì)產(chǎn)生電位差，有的地層或井段會(huì)與套管形成電不同材料相接觸或連接會(huì)產(chǎn)生電位

5、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。位差，電位差是油氣井的腐蝕環(huán)境的重要組成部分。u油管、套管、采油樹(shù)等所處的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力水平也是重要的腐蝕環(huán)境油管、套管、采油樹(shù)等所處的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力水平也是重要的腐蝕環(huán)境。2022-4-115第一節(jié)第一節(jié) 氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)三、腐蝕分類(lèi)和腐蝕機(jī)理三、腐蝕分類(lèi)和腐蝕機(jī)理u化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕 金屬的化學(xué)腐蝕是指金腐表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生的純化學(xué)反應(yīng)，金屬的化學(xué)腐蝕是指金腐表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生的純化學(xué)反應(yīng)，電子的傳遞是在金屬與氧化劑之間快速完成的，沒(méi)有產(chǎn)生腐蝕電流?；娮拥膫鬟f是

6、在金屬與氧化劑之間快速完成的，沒(méi)有產(chǎn)生腐蝕電流。化學(xué)腐蝕的一個(gè)例子是金屬表面腐蝕保護(hù)膜，所謂不銹鋼的本質(zhì)是可生產(chǎn)學(xué)腐蝕的一個(gè)例子是金屬表面腐蝕保護(hù)膜，所謂不銹鋼的本質(zhì)是可生產(chǎn)致密、附著牢固的保護(hù)膜屏蔽層。但是大部分碳鋼和低合金鋼化學(xué)腐蝕致密、附著牢固的保護(hù)膜屏蔽層。但是大部分碳鋼和低合金鋼化學(xué)腐蝕保護(hù)膜疏松和附著力低，不能起到保護(hù)作用。保護(hù)膜疏松和附著力低，不能起到保護(hù)作用。 自然界和工程技術(shù)中很少會(huì)有純粹的化學(xué)腐蝕，腐蝕幾乎都是電化自然界和工程技術(shù)中很少會(huì)有純粹的化學(xué)腐蝕，腐蝕幾乎都是電化學(xué)性質(zhì)的。學(xué)性質(zhì)的。2022-4-116第一節(jié)第一節(jié) 氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕

7、機(jī)理及分類(lèi)u電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕機(jī)理電化學(xué)腐蝕機(jī)理 電化學(xué)腐蝕的過(guò)程電化學(xué)腐蝕的過(guò)程 電化學(xué)腐蝕的反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)氧化還原反電化學(xué)腐蝕的反應(yīng)過(guò)程是一個(gè)氧化還原反應(yīng)過(guò)程，鐵原子以鐵離子形式進(jìn)入溶液，并應(yīng)過(guò)程，鐵原子以鐵離子形式進(jìn)入溶液，并以以FeFe2 2O O3 3 （H H2 2O O）x x、FeSxFeSx、FeFe2 2COCO3 3等形式存在。等形式存在。 電化學(xué)腐蝕發(fā)生在局部的點(diǎn)或區(qū)域，稱為局部腐蝕。有兩類(lèi)邊界接觸條件會(huì)電化學(xué)腐蝕發(fā)生在局部的點(diǎn)或區(qū)域，稱為局部腐蝕。有兩類(lèi)邊界接觸條件會(huì)引起或加速局部電化學(xué)腐蝕：引起或加速局部電化學(xué)腐蝕：電位能級(jí)差較大的兩種金屬間有電解質(zhì)溶液

8、，或直接接觸并浸沒(méi)在電解質(zhì)溶液電位能級(jí)差較大的兩種金屬間有電解質(zhì)溶液，或直接接觸并浸沒(méi)在電解質(zhì)溶液中，會(huì)產(chǎn)生電位差腐蝕，或稱電偶腐蝕中，會(huì)產(chǎn)生電位差腐蝕，或稱電偶腐蝕金屬內(nèi)部缺陷或縫隙暴露在電解質(zhì)溶液中會(huì)引起局部電化學(xué)腐蝕金屬內(nèi)部缺陷或縫隙暴露在電解質(zhì)溶液中會(huì)引起局部電化學(xué)腐蝕金屬表面狀況金屬表面狀況2022-4-117第一節(jié)第一節(jié) 氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)環(huán)境因素對(duì)電化學(xué)腐蝕的影響環(huán)境因素對(duì)電化學(xué)腐蝕的影響 腐蝕產(chǎn)物及其相互作用腐蝕產(chǎn)物及其相互作用 鈍化膜導(dǎo)電性影響鈍化膜導(dǎo)電性影響 外加電場(chǎng)影響外加電場(chǎng)影響 膜的穩(wěn)定性膜的穩(wěn)定性雜散電流腐蝕雜散電流腐蝕電偶

9、腐蝕電偶腐蝕縫隙腐蝕縫隙腐蝕 金屬構(gòu)件聯(lián)接處的縫隙金屬構(gòu)件聯(lián)接處的縫隙 金屬裂紋縫隙金屬裂紋縫隙 金屬與非金屬間縫隙金屬與非金屬間縫隙點(diǎn)蝕點(diǎn)蝕2022-4-118第一節(jié)第一節(jié) 氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)u環(huán)境斷裂和應(yīng)力腐蝕環(huán)境斷裂和應(yīng)力腐蝕 在油管、套管和地面裝置中由于腐蝕環(huán)境可能會(huì)出現(xiàn)一種突發(fā)性的破壞現(xiàn)象，在油管、套管和地面裝置中由于腐蝕環(huán)境可能會(huì)出現(xiàn)一種突發(fā)性的破壞現(xiàn)象，稱為環(huán)境斷裂（稱為環(huán)境斷裂（environment assisted fractureenvironment assisted fracture）。粗略地說(shuō)，環(huán)境斷裂包括應(yīng)）。粗略地說(shuō)，環(huán)

10、境斷裂包括應(yīng)力腐蝕和氫脆。二者并沒(méi)有嚴(yán)格的區(qū)分，可同時(shí)發(fā)生，也可以說(shuō)氫脆是應(yīng)力腐蝕力腐蝕和氫脆。二者并沒(méi)有嚴(yán)格的區(qū)分，可同時(shí)發(fā)生，也可以說(shuō)氫脆是應(yīng)力腐蝕的本質(zhì)因素或機(jī)理之一。應(yīng)力腐蝕是一個(gè)一般性腐蝕類(lèi)型，它還包括以下：的本質(zhì)因素或機(jī)理之一。應(yīng)力腐蝕是一個(gè)一般性腐蝕類(lèi)型，它還包括以下：應(yīng)力腐蝕斷裂應(yīng)力腐蝕斷裂 金屬材料在應(yīng)力和化學(xué)介質(zhì)的協(xié)同作用下，導(dǎo)致滯后開(kāi)裂或斷裂的現(xiàn)象稱金屬材料在應(yīng)力和化學(xué)介質(zhì)的協(xié)同作用下，導(dǎo)致滯后開(kāi)裂或斷裂的現(xiàn)象稱為為“應(yīng)力腐蝕斷裂應(yīng)力腐蝕斷裂”。應(yīng)力腐蝕斷裂是一種脆性斷裂，帶有突發(fā)性，它是所有工。應(yīng)力腐蝕斷裂是一種脆性斷裂，帶有突發(fā)性，它是所有工業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要優(yōu)先考慮的問(wèn)題

11、。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂具有下述特征：業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要優(yōu)先考慮的問(wèn)題。應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂具有下述特征：必須有應(yīng)力，可以是外加應(yīng)力或殘余應(yīng)力，危害最大的是拉應(yīng)力。必須有應(yīng)力，可以是外加應(yīng)力或殘余應(yīng)力，危害最大的是拉應(yīng)力。應(yīng)力腐蝕斷裂是否發(fā)生，主要決定于腐蝕介質(zhì)、金屬材質(zhì)和溫度、應(yīng)力腐蝕斷裂是否發(fā)生，主要決定于腐蝕介質(zhì)、金屬材質(zhì)和溫度、pHpH值之間值之間的選擇性組合。的選擇性組合。 腐蝕疲勞腐蝕疲勞 當(dāng)金屬在腐蝕環(huán)境中遭受循環(huán)應(yīng)力時(shí)，在給定應(yīng)力下引起損壞所需要的循環(huán)當(dāng)金屬在腐蝕環(huán)境中遭受循環(huán)應(yīng)力時(shí)，在給定應(yīng)力下引起損壞所需要的循環(huán)次數(shù)減少，這種通過(guò)腐蝕而使得疲勞加速的現(xiàn)象稱為腐蝕疲勞。也可以說(shuō)腐蝕疲次數(shù)減少，這種通

12、過(guò)腐蝕而使得疲勞加速的現(xiàn)象稱為腐蝕疲勞。也可以說(shuō)腐蝕疲勞就是腐蝕和疲勞聯(lián)合作用引起金屬發(fā)生斷裂。勞就是腐蝕和疲勞聯(lián)合作用引起金屬發(fā)生斷裂。2022-4-119第一節(jié)第一節(jié) 氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)u流動(dòng)誘導(dǎo)腐蝕和沖刷腐蝕流動(dòng)誘導(dǎo)腐蝕和沖刷腐蝕 流動(dòng)誘導(dǎo)腐蝕和沖刷腐蝕是流動(dòng)、電化學(xué)與機(jī)械力協(xié)同作用加速腐流動(dòng)誘導(dǎo)腐蝕和沖刷腐蝕是流動(dòng)、電化學(xué)與機(jī)械力協(xié)同作用加速腐蝕的現(xiàn)象。油管內(nèi)流動(dòng)和經(jīng)控制管匯的流動(dòng)引起腐蝕蝕的現(xiàn)象。油管內(nèi)流動(dòng)和經(jīng)控制管匯的流動(dòng)引起腐蝕/ /沖蝕是油氣井防沖蝕是油氣井防腐設(shè)計(jì)的重要組成部分，如果說(shuō)流體介質(zhì)和電化學(xué)腐蝕是客觀存在，那腐設(shè)計(jì)的重要組成

13、部分，如果說(shuō)流體介質(zhì)和電化學(xué)腐蝕是客觀存在，那么流動(dòng)誘導(dǎo)腐蝕和沖刷腐蝕在很大程度上是可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)而得到控么流動(dòng)誘導(dǎo)腐蝕和沖刷腐蝕在很大程度上是可以通過(guò)合理設(shè)計(jì)而得到控制的。制的。流動(dòng)誘導(dǎo)腐蝕流動(dòng)誘導(dǎo)腐蝕多相流流態(tài)多相流流態(tài)擾流擾流沖刷腐蝕沖刷腐蝕空泡腐蝕空泡腐蝕湍流腐蝕湍流腐蝕固體顆粒沖擊固體顆粒沖擊 2022-4-1110第一節(jié)第一節(jié) 氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)四、主要腐蝕性組分的腐蝕機(jī)理四、主要腐蝕性組分的腐蝕機(jī)理u地層水腐蝕地層水腐蝕 大部分油氣井產(chǎn)出物中都不同程度地含地層水，其腐蝕的普遍性遠(yuǎn)大于硫大部分油氣井產(chǎn)出物中都不同程度地含地層水，其腐蝕的普

14、遍性遠(yuǎn)大于硫化氫、二氧化碳等的腐蝕。凝析水不含無(wú)機(jī)鹽離子，水量雖小，但腐蝕十分嚴(yán)化氫、二氧化碳等的腐蝕。凝析水不含無(wú)機(jī)鹽離子，水量雖小，但腐蝕十分嚴(yán)重。重。 與地層水腐蝕類(lèi)似的還有：海水腐蝕；注水腐蝕；高濃度完井液水腐蝕；注與地層水腐蝕類(lèi)似的還有：海水腐蝕；注水腐蝕；高濃度完井液水腐蝕；注熱蒸汽稠油開(kāi)采的水腐蝕；地?zé)峋_(kāi)采的腐蝕；鹽化工井的腐蝕。熱蒸汽稠油開(kāi)采的水腐蝕；地?zé)峋_(kāi)采的腐蝕；鹽化工井的腐蝕。含水量對(duì)腐蝕的影響含水量對(duì)腐蝕的影響地層水化學(xué)組分及其對(duì)腐蝕的影響地層水化學(xué)組分及其對(duì)腐蝕的影響 地層水中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(lèi)，地層水中可能不同程度地溶解有氯化

15、物、硫酸鹽、碳酸鹽等可溶性鹽類(lèi)， 它們對(duì)油、套管及設(shè)備的腐蝕大致有下列類(lèi)型：它們對(duì)油、套管及設(shè)備的腐蝕大致有下列類(lèi)型：對(duì)某些鋼材的應(yīng)力腐蝕及應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂對(duì)某些鋼材的應(yīng)力腐蝕及應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂由細(xì)菌的生命活動(dòng)引起或促進(jìn)材料的腐蝕破壞稱為細(xì)菌腐由細(xì)菌的生命活動(dòng)引起或促進(jìn)材料的腐蝕破壞稱為細(xì)菌腐蝕。2022-4-1111第一節(jié)第一節(jié) 氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)u硫化氫腐蝕機(jī)理及腐蝕類(lèi)型 含硫化氫的井又稱為酸性油氣井，其相應(yīng)的腐蝕稱為酸性腐蝕（含硫化氫的井又稱為酸性油氣井，其相應(yīng)的腐蝕稱為酸性腐蝕（Sour Sour CorrosionCorrosion）。硫化氫的主要來(lái)

16、源是含硫天然氣井、油井的原油及其伴生）。硫化氫的主要來(lái)源是含硫天然氣井、油井的原油及其伴生氣中可能含有元素硫、硫化氫、硫醇、硫醚、二硫化物、噻吩類(lèi)化合物氣中可能含有元素硫、硫化氫、硫醇、硫醚、二硫化物、噻吩類(lèi)化合物及更復(fù)雜的硫化物。地層中硫酸鹽及硫酸鹽還原菌分解生成硫化氫，或及更復(fù)雜的硫化物。地層中硫酸鹽及硫酸鹽還原菌分解生成硫化氫，或含磺酸鹽類(lèi)油氣井工作液在高溫下分解生成硫化氫。含磺酸鹽類(lèi)油氣井工作液在高溫下分解生成硫化氫。硫化氫的物理性質(zhì)硫化氫的物理性質(zhì)硫化氫環(huán)境中主要的腐蝕類(lèi)型及破壞特征硫化氫環(huán)境中主要的腐蝕類(lèi)型及破壞特征硫化氫的電化學(xué)腐蝕硫化氫的電化學(xué)腐蝕材料在濕硫化氫中的環(huán)境斷裂行為

17、材料在濕硫化氫中的環(huán)境斷裂行為 元素硫腐蝕元素硫腐蝕2022-4-1112第一節(jié)第一節(jié) 氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)氣井的腐蝕環(huán)境、腐蝕機(jī)理及分類(lèi)u二氧化碳腐蝕腐蝕機(jī)理腐蝕機(jī)理 二氧化碳腐蝕在油氣工業(yè)中叫甜腐蝕（二氧化碳腐蝕在油氣工業(yè)中叫甜腐蝕（Sweet CorrosionSweet Corrosion），是相對(duì)于硫化氫腐），是相對(duì)于硫化氫腐蝕（蝕（Sour CorrosionSour Corrosion）而言的。二氧化碳溶于水形成碳酸，金屬在碳酸水溶液中發(fā)生電化）而言的。二氧化碳溶于水形成碳酸，金屬在碳酸水溶液中發(fā)生電化學(xué)腐蝕。在沒(méi)有電解質(zhì)（水）存在時(shí)，干燥的二氧化碳本身并不腐蝕金屬。但

18、是隨著油氣學(xué)腐蝕。在沒(méi)有電解質(zhì)（水）存在時(shí)，干燥的二氧化碳本身并不腐蝕金屬。但是隨著油氣田開(kāi)發(fā)的進(jìn)行，含水率逐漸上升，二氧化碳溶解于水，變成碳酸，具有較強(qiáng)的腐蝕性。田開(kāi)發(fā)的進(jìn)行，含水率逐漸上升，二氧化碳溶解于水，變成碳酸，具有較強(qiáng)的腐蝕性。腐蝕嚴(yán)重度影響因素腐蝕嚴(yán)重度影響因素二氧化碳分壓影響二氧化碳分壓影響 溫度的影響溫度的影響PHPH值的影響值的影響流動(dòng)狀態(tài)的影響流動(dòng)狀態(tài)的影響多腐蝕性組分共存對(duì)腐蝕的影響多腐蝕性組分共存對(duì)腐蝕的影響 硫化氫和二氧化碳共存對(duì)腐蝕的影響硫化氫和二氧化碳共存對(duì)腐蝕的影響 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對(duì)腐蝕的影響 氯離子對(duì)鋼鐵的影響隨材質(zhì)的不

19、同而不同，可導(dǎo)致鋼鐵發(fā)生嚴(yán)重的孔蝕、縫氯離子對(duì)鋼鐵的影響隨材質(zhì)的不同而不同，可導(dǎo)致鋼鐵發(fā)生嚴(yán)重的孔蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕隙腐蝕等局部腐蝕 酸腐蝕酸腐蝕 2022-4-1113第二節(jié)第二節(jié) 氣井腐蝕的重要參數(shù)及其獲取方法氣井腐蝕的重要參數(shù)及其獲取方法一、氣液兩相時(shí)的氣體分壓計(jì)算一、氣液兩相時(shí)的氣體分壓計(jì)算 在分析和研究腐蝕時(shí)，二氧化碳和硫化氫對(duì)腐蝕嚴(yán)重程度的影響常在分析和研究腐蝕時(shí)，二氧化碳和硫化氫對(duì)腐蝕嚴(yán)重程度的影響常用分壓（用分壓（Partial PressurePartial Pressure）來(lái)表示。）來(lái)表示。 分壓分壓：在氣體混合物中，假定在同一溫度下，每個(gè)組分單獨(dú)存在于：在氣體混合物

20、中，假定在同一溫度下，每個(gè)組分單獨(dú)存在于混合物占據(jù)的總體積中所呈現(xiàn)出的壓力，它等于體系絕對(duì)總壓乘以該組混合物占據(jù)的總體積中所呈現(xiàn)出的壓力，它等于體系絕對(duì)總壓乘以該組分在混合物中的摩爾分?jǐn)?shù)分在混合物中的摩爾分?jǐn)?shù)( (或體積分?jǐn)?shù)或體積分?jǐn)?shù)) )，用，用MPaMPa表示。表示。 一般說(shuō)來(lái)分壓越大，腐蝕越嚴(yán)重，硫化氫（或二氧化碳）的分壓高一般說(shuō)來(lái)分壓越大，腐蝕越嚴(yán)重，硫化氫（或二氧化碳）的分壓高低已是目前國(guó)際上用來(lái)判斷腐蝕嚴(yán)重程度的最重要的判據(jù)。低已是目前國(guó)際上用來(lái)判斷腐蝕嚴(yán)重程度的最重要的判據(jù)。2022-4-1114第二節(jié)第二節(jié) 氣井腐蝕的重要參數(shù)及其獲取方法氣井腐蝕的重要參數(shù)及其獲取方法氣體含量常

21、采用以下兩種描述方法：氣體含量常采用以下兩種描述方法：u氣體的質(zhì)量濃度（氣體的質(zhì)量濃度（G G）：）： 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（2020和和101.3kPa101.3kPa）下每）下每m m3 3容積所含的某種氣體的質(zhì)量克容積所含的某種氣體的質(zhì)量克數(shù)，數(shù)，g/mg/m3 3。u氣體的體積分?jǐn)?shù)（氣體的體積分?jǐn)?shù)（X X），用表示。），用表示。 上述兩種濃度表示方法常常需要互換計(jì)算。上述兩種濃度表示方法常常需要互換計(jì)算。 式中式中 體積分?jǐn)?shù)，用表示；體積分?jǐn)?shù)，用表示； 某種氣體的質(zhì)量濃度，某種氣體的質(zhì)量濃度， g/mg/m3 3 ； 某種氣體的摩爾質(zhì)量，某種氣體的摩爾質(zhì)量， g/molg/mol； 1m

22、ol1mol（kmolkmol）該種氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（）該種氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（2020和和101.3kPa101.3kPa）下的）下的體積體積(L)/mol(m(L)/mol(m3 3/Kmol)/Kmol)。1 1升升=10=10-3-3m m3 3。10MGVX2022-4-1115第二節(jié)第二節(jié) 氣井腐蝕的重要參數(shù)及其獲取方法氣井腐蝕的重要參數(shù)及其獲取方法u氣體的摩爾分?jǐn)?shù)氣體的摩爾分?jǐn)?shù)(X):(X): 對(duì)于理想氣體，或體系壓力不高的氣體體系，使用中常將氣體的摩爾分?jǐn)?shù)對(duì)于理想氣體，或體系壓力不高的氣體體系，使用中常將氣體的摩爾分?jǐn)?shù)視為等于該氣體的體積分?jǐn)?shù)。視為等于該氣體的體積分?jǐn)?shù)。u氣體總壓為氣

23、體總壓為70MPa70MPa，氣體中硫化氫摩爾分?jǐn)?shù)為，氣體中硫化氫摩爾分?jǐn)?shù)為1010，那么硫化氫分壓為，那么硫化氫分壓為7MPa7MPa。如果系統(tǒng)中的總壓和硫化氫的濃度是已知的，硫化氫分壓就可用。如果系統(tǒng)中的總壓和硫化氫的濃度是已知的，硫化氫分壓就可用下圖進(jìn)行計(jì)算。下圖進(jìn)行計(jì)算。酸性氣體系統(tǒng)：硫化氫分壓等壓線酸性氣體系統(tǒng)：硫化氫分壓等壓線2022-4-1116第二節(jié)第二節(jié) 氣井腐蝕的重要參數(shù)及其獲取方法氣井腐蝕的重要參數(shù)及其獲取方法二、無(wú)氣相的液體系統(tǒng)中硫化氫氣體分壓的計(jì)算二、無(wú)氣相的液體系統(tǒng)中硫化氫氣體分壓的計(jì)算 對(duì)于無(wú)氣相液體系統(tǒng)，有效的硫化氫熱力學(xué)活度可以通過(guò)硫化氫真對(duì)于無(wú)氣相液體系統(tǒng)，

24、有效的硫化氫熱力學(xué)活度可以通過(guò)硫化氫真實(shí)分壓計(jì)算，其方法如下：實(shí)分壓計(jì)算，其方法如下：u用適當(dāng)?shù)姆椒y(cè)量某一溫度下液體的泡點(diǎn)壓力（用適當(dāng)?shù)姆椒y(cè)量某一溫度下液體的泡點(diǎn)壓力（PBPB）。在分離器下游的充滿液）。在分離器下游的充滿液體管線中，泡點(diǎn)壓力可以近似取為最后一個(gè)分離器的總壓。體管線中，泡點(diǎn)壓力可以近似取為最后一個(gè)分離器的總壓。u在泡點(diǎn)條件下，測(cè)定氣相中硫化氫的摩爾分?jǐn)?shù)。在泡點(diǎn)條件下，測(cè)定氣相中硫化氫的摩爾分?jǐn)?shù)。u由以下公式計(jì)算泡點(diǎn)狀態(tài)下天然氣中硫化氫分壓：由以下公式計(jì)算泡點(diǎn)狀態(tài)下天然氣中硫化氫分壓： 式中式中 硫化氫分壓，硫化氫分壓，MPaMPa； 泡點(diǎn)，泡點(diǎn)，MPaMPa； 硫化氫在氣體

25、中的摩爾分?jǐn)?shù)，。硫化氫在氣體中的摩爾分?jǐn)?shù)，。u用此方法測(cè)定液態(tài)系統(tǒng)中的硫化氫分壓?？捎么酥蹬袛嘞到y(tǒng)是否符合用此方法測(cè)定液態(tài)系統(tǒng)中的硫化氫分壓?？捎么酥蹬袛嘞到y(tǒng)是否符合ISO 15156ISO 151562 2規(guī)定的酸性環(huán)境系統(tǒng)。規(guī)定的酸性環(huán)境系統(tǒng)。BSHpP21002 SHXSHP2BPSHX22022-4-1117第二節(jié)第二節(jié) 氣井腐蝕的重要參數(shù)及其獲取方法氣井腐蝕的重要參數(shù)及其獲取方法三、三、PH值測(cè)定與計(jì)算值測(cè)定與計(jì)算 PHPH值是影響腐蝕的關(guān)鍵因素，現(xiàn)場(chǎng)腐蝕狀況的診斷分析或者值是影響腐蝕的關(guān)鍵因素，現(xiàn)場(chǎng)腐蝕狀況的診斷分析或者防腐設(shè)計(jì)經(jīng)常要涉及到防腐設(shè)計(jì)經(jīng)常要涉及到PHPH值。值。 PH

26、PH值受組分的溶解、逸出和溫度、壓力和相變等因素的影響，值受組分的溶解、逸出和溫度、壓力和相變等因素的影響，因此，油管外環(huán)空及油管內(nèi)不同井深的因此，油管外環(huán)空及油管內(nèi)不同井深的PHPH值均有差異。值均有差異。PHPH值也是值也是定量描述腐蝕嚴(yán)重程度和材料評(píng)選的基本依據(jù)之一。定量描述腐蝕嚴(yán)重程度和材料評(píng)選的基本依據(jù)之一。二氧化碳含量二氧化碳含量對(duì)對(duì)pHpH值有顯著的影響，在分析井下腐蝕狀況時(shí)，需要同時(shí)考值有顯著的影響，在分析井下腐蝕狀況時(shí)，需要同時(shí)考慮油氣組分的影響慮油氣組分的影響同時(shí)含有硫化氫和二氧化碳時(shí)，必須考慮同時(shí)含有硫化氫和二氧化碳時(shí)，必須考慮兩者溶于水時(shí)兩者溶于水時(shí)pHpH值的降低值的

27、降低。硫化。硫化氫在溶液中的溶解度差異甚大氫在溶液中的溶解度差異甚大溫度對(duì)系統(tǒng)溫度對(duì)系統(tǒng)pHpH值的影響不如壓力的影響大值的影響不如壓力的影響大 2022-4-1118第三節(jié)第三節(jié) 氣井腐蝕性環(huán)境的材料選用氣井腐蝕性環(huán)境的材料選用一、氣井腐蝕性環(huán)境材料選用原則和標(biāo)準(zhǔn)一、氣井腐蝕性環(huán)境材料選用原則和標(biāo)準(zhǔn) 正確選用油管、套管及各種井下附件、采油樹(shù)及地面設(shè)正確選用油管、套管及各種井下附件、采油樹(shù)及地面設(shè)備的材料是油氣井防腐的最重要環(huán)節(jié)，選材不當(dāng)不僅造成浪備的材料是油氣井防腐的最重要環(huán)節(jié)，選材不當(dāng)不僅造成浪費(fèi)，而且隱藏安全風(fēng)險(xiǎn)。本節(jié)重點(diǎn)討論碳鋼和低合金鋼、不費(fèi)，而且隱藏安全風(fēng)險(xiǎn)。本節(jié)重點(diǎn)討論碳鋼和低合

28、金鋼、不銹鋼和耐蝕合金的選用。銹鋼和耐蝕合金的選用。u設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù) 在硫化氫酸性環(huán)境情況下在硫化氫酸性環(huán)境情況下 鋼種：碳鋼、低合金鋼鋼種：碳鋼、低合金鋼 材料選擇最重要和優(yōu)先考慮的因素：環(huán)境斷裂材料選擇最重要和優(yōu)先考慮的因素：環(huán)境斷裂 酸性環(huán)境抗開(kāi)裂的材料選擇標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)酸性環(huán)境抗開(kāi)裂的材料選擇標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)準(zhǔn)ISO 15156ISO 151562 2；ISO 11960 ISO 11960 技術(shù)性能規(guī)范；技術(shù)性能規(guī)范；ISO 10400ISO 10400強(qiáng)度和設(shè)計(jì)方法規(guī)范；強(qiáng)度和設(shè)計(jì)方法規(guī)范；ISO 15156-4 ISO 15156-4 2022-4-1119第三節(jié)第三節(jié) 氣井腐蝕性環(huán)境的材

29、料選用氣井腐蝕性環(huán)境的材料選用u適用性設(shè)計(jì)方法適用性設(shè)計(jì)方法 NACENACE方法方法A A和和A A溶液是一種最苛刻的抗硫化物應(yīng)力開(kāi)裂評(píng)價(jià)方法。對(duì)溶液是一種最苛刻的抗硫化物應(yīng)力開(kāi)裂評(píng)價(jià)方法。對(duì)于某些腐蝕環(huán)境，按前述于某些腐蝕環(huán)境，按前述ISO15156ISO15156標(biāo)準(zhǔn)選不到合適的材料標(biāo)準(zhǔn)選不到合適的材料ISO15156ISO151561 1提供了適用性設(shè)計(jì)的一個(gè)原則，即可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)資料進(jìn)行材料的判提供了適用性設(shè)計(jì)的一個(gè)原則，即可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)資料進(jìn)行材料的判別。但需符合下述條件：別。但需符合下述條件：提供的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)至少持續(xù)兩年時(shí)間，并且包括現(xiàn)場(chǎng)使用之后全面的提供的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)至少持續(xù)兩年

30、時(shí)間，并且包括現(xiàn)場(chǎng)使用之后全面的檢查檢查擬使用環(huán)境苛刻程度不能超過(guò)提供的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)所處的環(huán)境擬使用環(huán)境苛刻程度不能超過(guò)提供的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)所處的環(huán)境 2022-4-1120第三節(jié)第三節(jié) 氣井腐蝕性環(huán)境的材料選用氣井腐蝕性環(huán)境的材料選用二、氣井腐蝕性環(huán)境材料類(lèi)型及適用范圍二、氣井腐蝕性環(huán)境材料類(lèi)型及適用范圍u油氣井腐蝕性環(huán)境材料類(lèi)型油氣井腐蝕性環(huán)境材料類(lèi)型 碳鋼和低合金鋼碳鋼和低合金鋼 耐蝕合金耐蝕合金 其它材料其它材料 u油氣井腐蝕環(huán)境與材料選用的相關(guān)性油氣井腐蝕環(huán)境與材料選用的相關(guān)性 輕微腐蝕環(huán)境輕微腐蝕環(huán)境硫化氫酸性環(huán)境和硫化物應(yīng)力開(kāi)裂是主要的控制因素硫化氫酸性環(huán)境和硫化物應(yīng)力開(kāi)裂是主要的控制因素

31、濕二氧化碳環(huán)境濕二氧化碳環(huán)境濕二氧化碳和微量硫化氫環(huán)境濕二氧化碳和微量硫化氫環(huán)境高含硫化氫和高含二氧化碳惡劣的腐蝕環(huán)境高含硫化氫和高含二氧化碳惡劣的腐蝕環(huán)境2022-4-1121第三節(jié)第三節(jié) 氣井腐蝕性環(huán)境的材料選用氣井腐蝕性環(huán)境的材料選用油氣井腐蝕環(huán)境與材料選用指導(dǎo)圖油氣井腐蝕環(huán)境與材料選用指導(dǎo)圖 2022-4-1122第三節(jié)第三節(jié) 氣井腐蝕性環(huán)境的材料選用氣井腐蝕性環(huán)境的材料選用三、碳鋼和低合金鋼環(huán)境斷裂的評(píng)價(jià)方法和判據(jù)三、碳鋼和低合金鋼環(huán)境斷裂的評(píng)價(jià)方法和判據(jù)u評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法 NACE TM0177NACE TM017720052005標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了試驗(yàn)使用的試劑、試樣和設(shè)備、

32、需標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了試驗(yàn)使用的試劑、試樣和設(shè)備、需遵循的試驗(yàn)程序等。遵循的試驗(yàn)程序等。u碳鋼和低合金鋼在硫化氫酸性環(huán)境中開(kāi)裂嚴(yán)重度判據(jù)碳鋼和低合金鋼在硫化氫酸性環(huán)境中開(kāi)裂嚴(yán)重度判據(jù) 硫化氫的分壓、硫化氫的分壓、pHpH值值 u常用抗硫化氫應(yīng)力開(kāi)裂碳鋼和低合金鋼油、套管材料常用抗硫化氫應(yīng)力開(kāi)裂碳鋼和低合金鋼油、套管材料 國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)鋼級(jí)由字母及其后的數(shù)碼組成，數(shù)碼則代表套管材料的國(guó)際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)鋼級(jí)由字母及其后的數(shù)碼組成，數(shù)碼則代表套管材料的最小抗拉屈服強(qiáng)度，數(shù)碼值乘以最小抗拉屈服強(qiáng)度，數(shù)碼值乘以1000kPsi(6894.757kPa)1000kPsi(6894.757kPa)就是最小抗拉就是最小抗拉屈服

33、強(qiáng)度。以屈服強(qiáng)度。以N80N80套管為例，鋼級(jí)為套管為例，鋼級(jí)為N80N80，代表最小屈服強(qiáng)度為，代表最小屈服強(qiáng)度為80000kPsi80000kPsi（551.6MPa551.6MPa）。）。2022-4-1123第三節(jié)第三節(jié) 氣井腐蝕性環(huán)境的材料選用氣井腐蝕性環(huán)境的材料選用u影響碳鋼和低合金鋼開(kāi)裂的主要因素影響碳鋼和低合金鋼開(kāi)裂的主要因素 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

34、的純凈度純凈度硫化氫分壓或在水相中的當(dāng)量濃度硫化氫分壓或在水相中的當(dāng)量濃度水相中的氯離子濃度水相中的氯離子濃度水相酸度值（水相酸度值（pH值）值）是否存在元素硫或其他氧化劑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)層流體接觸非產(chǎn)層流體侵入或與非產(chǎn)層流體接觸溫度溫度應(yīng)力狀態(tài)及總拉伸應(yīng)力（外加應(yīng)力加殘余應(yīng)力）應(yīng)力狀態(tài)及總拉伸應(yīng)力（外加應(yīng)力加殘余應(yīng)力）暴露時(shí)間暴露時(shí)間 設(shè)計(jì)和選用時(shí)需要考慮影響碳鋼和低合金鋼開(kāi)裂的主要因素設(shè)計(jì)和選用時(shí)需要考慮影響碳鋼和低合金鋼開(kāi)裂的主要因素硬度硬度酸性環(huán)境不同鋼級(jí)套管和油管適用的溫度條件酸性環(huán)境不同鋼級(jí)套管和油管適用的溫度條件2022-4-1124第三節(jié)第三節(jié)

35、氣井腐蝕性環(huán)境的材料選用氣井腐蝕性環(huán)境的材料選用四、耐蝕合金材料油套管四、耐蝕合金材料油套管 耐蝕合金腐蝕的主要形式是局部腐蝕和環(huán)境斷裂。耐蝕合金腐蝕的主要形式是局部腐蝕和環(huán)境斷裂。u用于油氣井油、套管耐蝕合金類(lèi)型及基本成分用于油氣井油、套管耐蝕合金類(lèi)型及基本成分u耐蝕合金的腐蝕影響因素耐蝕合金的腐蝕影響因素腐蝕現(xiàn)象腐蝕現(xiàn)象 耐蝕合金的點(diǎn)蝕耐蝕合金的點(diǎn)蝕 影響耐蝕合金點(diǎn)蝕及開(kāi)裂的環(huán)境因素影響耐蝕合金點(diǎn)蝕及開(kāi)裂的環(huán)境因素 u 耐蝕合金的使用環(huán)境限制耐蝕合金的使用環(huán)境限制 2022-4-1125第三節(jié)第三節(jié) 氣井腐蝕性環(huán)境的材料選用氣井腐蝕性環(huán)境的材料選用五、非金屬材料的腐蝕五、非金屬材料的腐蝕

36、在井下和井口裝置中常用到一些非金屬材料作密封件或零件，防腐在井下和井口裝置中常用到一些非金屬材料作密封件或零件，防腐設(shè)計(jì)亦需要考慮設(shè)計(jì)亦需要考慮非金屬材料的抗腐蝕性能非金屬材料的抗腐蝕性能。 國(guó)內(nèi)外的研究已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了甲烷、硫化氫、二氧化碳和地層水共存國(guó)內(nèi)外的研究已經(jīng)認(rèn)識(shí)到了甲烷、硫化氫、二氧化碳和地層水共存或某幾項(xiàng)組合對(duì)水泥環(huán)的腐蝕問(wèn)題，但是缺乏在高溫高壓下長(zhǎng)期壽命影或某幾項(xiàng)組合對(duì)水泥環(huán)的腐蝕問(wèn)題，但是缺乏在高溫高壓下長(zhǎng)期壽命影響的研究及標(biāo)準(zhǔn)。高溫高壓下需要設(shè)計(jì)采用抗硫化氫、二氧化碳的水泥響的研究及標(biāo)準(zhǔn)。高溫高壓下需要設(shè)計(jì)采用抗硫化氫、二氧化碳的水泥體系或處理劑。應(yīng)特別注意高溫高壓下體系或處理

37、劑。應(yīng)特別注意高溫高壓下超臨界態(tài)二氧化碳對(duì)水泥的侵蝕超臨界態(tài)二氧化碳對(duì)水泥的侵蝕。2022-4-1126第四節(jié)第四節(jié) 氣井的防腐設(shè)計(jì)氣井的防腐設(shè)計(jì)一、防止油管的沖蝕一、防止油管的沖蝕/腐蝕腐蝕u考慮油管沖蝕考慮油管沖蝕/腐蝕的平均流速計(jì)算腐蝕的平均流速計(jì)算 沖蝕沖蝕/腐蝕的平均流速腐蝕的平均流速計(jì)算計(jì)算 美國(guó)石油學(xué)會(huì)建議的兩相流（氣美國(guó)石油學(xué)會(huì)建議的兩相流（氣/液）管道中沖蝕極限速度（液）管道中沖蝕極限速度（API RP14E ）為）為 式中式中 沖蝕速度，沖蝕速度，m/sm/s； 經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。若流速在臨界速度以內(nèi)，則可控制腐蝕的速度。對(duì)經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。若流速在臨界速度以內(nèi)，則可控制腐蝕的速度。對(duì) 于

38、于H H2 2S S的情況鋼表面形成的硫化鐵膜，確定為的情況鋼表面形成的硫化鐵膜，確定為116116。對(duì)于。對(duì)于COCO2 2的情況鋼表面形成的的情況鋼表面形成的碳酸鐵腐蝕膜，為碳酸鐵腐蝕膜，為110110。若腐蝕膜是。若腐蝕膜是FeFe3 3O O4 4，為，為183183。 氣體的密度，氣體的密度，kg/mkg/m3 3。油管內(nèi)流速油管內(nèi)流速對(duì)腐蝕影響的復(fù)雜性對(duì)腐蝕影響的復(fù)雜性要特別重視要特別重視 含二氧化碳?xì)饩暮趸細(xì)饩挠凸苤睆竭x用和產(chǎn)量控制油管直徑選用和產(chǎn)量控制。geCVeVCg2022-4-1127第四節(jié)第四節(jié) 氣井的防腐設(shè)計(jì)氣井的防腐設(shè)計(jì)u優(yōu)選螺紋結(jié)構(gòu)，防止螺紋沖蝕優(yōu)選螺紋

39、結(jié)構(gòu)，防止螺紋沖蝕/腐蝕腐蝕 腐蝕環(huán)境的油氣井宜采用氣密封螺紋。氣密封螺紋流道變化小，有利腐蝕環(huán)境的油氣井宜采用氣密封螺紋。氣密封螺紋流道變化小，有利于防止渦流沖蝕電偶腐蝕，降低縫隙腐蝕和電位腐蝕。于防止渦流沖蝕電偶腐蝕，降低縫隙腐蝕和電位腐蝕。APIAPI園螺紋接箍園螺紋接箍中部的渦流沖蝕和高的接觸應(yīng)力、應(yīng)力集中等結(jié)構(gòu)缺陷易導(dǎo)致先期失效中部的渦流沖蝕和高的接觸應(yīng)力、應(yīng)力集中等結(jié)構(gòu)缺陷易導(dǎo)致先期失效。 油套管柱中，螺紋連接是首先被腐蝕油套管柱中，螺紋連接是首先被腐蝕的部位。當(dāng)流體通過(guò)油管柱接箍中部的的部位。當(dāng)流體通過(guò)油管柱接箍中部的時(shí)候，截面變化，即截面的突然放大和時(shí)候，截面變化，即截面的突然

40、放大和突然縮小，流體流速及流場(chǎng)將發(fā)生了變突然縮小，流體流速及流場(chǎng)將發(fā)生了變化。在該區(qū)產(chǎn)生了化。在該區(qū)產(chǎn)生了沖蝕腐蝕、應(yīng)力腐蝕、沖蝕腐蝕、應(yīng)力腐蝕、縫隙腐蝕，電偶腐蝕，流動(dòng)腐蝕縫隙腐蝕，電偶腐蝕，流動(dòng)腐蝕等。等。油管外螺紋端部腐蝕形貌油管外螺紋端部腐蝕形貌 2022-4-1128第四節(jié)第四節(jié) 氣井的防腐設(shè)計(jì)氣井的防腐設(shè)計(jì)二、油套環(huán)空（油管外壁和套管內(nèi)壁）腐蝕二、油套環(huán)空（油管外壁和套管內(nèi)壁）腐蝕u開(kāi)口環(huán)空開(kāi)口環(huán)空 油管下部不帶封隔器的完井結(jié)構(gòu)稱為開(kāi)口環(huán)空。油套環(huán)空套管內(nèi)壁和油管油管下部不帶封隔器的完井結(jié)構(gòu)稱為開(kāi)口環(huán)空。油套環(huán)空套管內(nèi)壁和油管外壁的腐蝕決定于產(chǎn)出流體和環(huán)空油氣水的相態(tài)變化。一些油氣

41、田油管外壁比外壁的腐蝕決定于產(chǎn)出流體和環(huán)空油氣水的相態(tài)變化。一些油氣田油管外壁比內(nèi)壁腐蝕嚴(yán)重，可見(jiàn)從外壁向內(nèi)延伸的局部腐蝕穿孔。二氧化碳溶于凝析水，內(nèi)壁腐蝕嚴(yán)重，可見(jiàn)從外壁向內(nèi)延伸的局部腐蝕穿孔。二氧化碳溶于凝析水，可使凝析水可使凝析水pHpH值降到值降到4.04.0以下。由于環(huán)空無(wú)流動(dòng)，該凝析水可穩(wěn)定地附著在油管以下。由于環(huán)空無(wú)流動(dòng)，該凝析水可穩(wěn)定地附著在油管外壁，造成失重腐蝕或點(diǎn)蝕穿孔。外壁，造成失重腐蝕或點(diǎn)蝕穿孔。 氣井底部的油管和套管在氣水界面附近溶解與析出產(chǎn)生的傳質(zhì)動(dòng)力因素也氣井底部的油管和套管在氣水界面附近溶解與析出產(chǎn)生的傳質(zhì)動(dòng)力因素也會(huì)加劇腐蝕會(huì)加劇腐蝕。u閉口環(huán)空閉口環(huán)空 油管

42、下部帶封隔器的完井結(jié)構(gòu)稱為閉口環(huán)空。環(huán)空保護(hù)液應(yīng)具有如下性能：油管下部帶封隔器的完井結(jié)構(gòu)稱為閉口環(huán)空。環(huán)空保護(hù)液應(yīng)具有如下性能： 具有良好的防腐蝕性能具有良好的防腐蝕性能高溫及長(zhǎng)期的穩(wěn)定性高溫及長(zhǎng)期的穩(wěn)定性還有加入的聚合物材料無(wú)分解，加重材料無(wú)沉降還有加入的聚合物材料無(wú)分解，加重材料無(wú)沉降具有一定的密度，能平衡壓力具有一定的密度，能平衡壓力環(huán)空保護(hù)液具有一定的密度，以平衡油管內(nèi)的高壓和對(duì)封隔器施加一定回壓環(huán)空保護(hù)液具有一定的密度，以平衡油管內(nèi)的高壓和對(duì)封隔器施加一定回壓2022-4-1129第四節(jié)第四節(jié) 氣井的防腐設(shè)計(jì)氣井的防腐設(shè)計(jì)三、套管外防腐三、套管外防腐u套管外腐蝕主要發(fā)生在未注水泥的自

43、由套管段，水泥環(huán)可較好的保護(hù)套套管外腐蝕主要發(fā)生在未注水泥的自由套管段，水泥環(huán)可較好的保護(hù)套管免受腐蝕。在注水泥質(zhì)量差的井段，或井下作業(yè)損傷了水泥環(huán)的井段，管免受腐蝕。在注水泥質(zhì)量差的井段，或井下作業(yè)損傷了水泥環(huán)的井段，套管也可能受到腐蝕。套管也可能受到腐蝕。u防止管外腐蝕的主要措施防止管外腐蝕的主要措施 避免裸眼段過(guò)長(zhǎng)，用水泥封固腐蝕性井段；避免裸眼段過(guò)長(zhǎng)，用水泥封固腐蝕性井段； 采用套管外涂層或外采用套管外涂層或外纏繞保護(hù)膜；提高注水泥質(zhì)量和采用合適的抗腐蝕水泥。纏繞保護(hù)膜；提高注水泥質(zhì)量和采用合適的抗腐蝕水泥。2022-4-1130第四節(jié)第四節(jié) 氣井的防腐設(shè)計(jì)氣井的防腐設(shè)計(jì) 四、防止電偶

44、腐蝕的設(shè)計(jì)四、防止電偶腐蝕的設(shè)計(jì)u電偶腐蝕的普遍性電偶腐蝕的普遍性u(píng)防止電偶腐蝕措施防止電偶腐蝕措施“大陽(yáng)極小陰極大陽(yáng)極小陰極”的連接設(shè)計(jì)的連接設(shè)計(jì)在異種金屬連接或接觸間加絕緣材料或密封填料在異種金屬連接或接觸間加絕緣材料或密封填料 局部犧牲陽(yáng)極保護(hù)局部犧牲陽(yáng)極保護(hù) 2022-4-1131第四節(jié)第四節(jié) 氣井的防腐設(shè)計(jì)氣井的防腐設(shè)計(jì)五、采油樹(shù)系統(tǒng)腐蝕五、采油樹(shù)系統(tǒng)腐蝕 采油樹(shù)系統(tǒng)防腐的關(guān)鍵是正確選型，針對(duì)不同腐蝕環(huán)境，選用相應(yīng)的采油采油樹(shù)系統(tǒng)防腐的關(guān)鍵是正確選型，針對(duì)不同腐蝕環(huán)境，選用相應(yīng)的采油樹(shù)材料等級(jí)。樹(shù)材料等級(jí)。 二氧化碳的主要危害：二氧化碳的主要危害：流動(dòng)誘導(dǎo)腐蝕和沖刷腐蝕流動(dòng)誘導(dǎo)腐蝕和

45、沖刷腐蝕加劇了電化學(xué)腐蝕；加劇了電化學(xué)腐蝕； 硫化氫的主要危害：硫化氫的主要危害：應(yīng)力開(kāi)裂應(yīng)力開(kāi)裂問(wèn)題問(wèn)題 。采油樹(shù)材料防腐蝕等級(jí)劃分采油樹(shù)材料防腐蝕等級(jí)劃分材料類(lèi)別工況二氧化碳分壓，MPaAA一般環(huán)境，無(wú)腐蝕0.05BB一般環(huán)境，輕度腐蝕0.05-0.21CC一般環(huán)境，中度腐蝕到嚴(yán)重腐蝕0.21DD酸性環(huán)境，無(wú)腐蝕0.05EE酸性環(huán)境，輕度腐蝕0.05-0.21FF酸性環(huán)境，中度腐蝕到嚴(yán)重腐蝕0.21HH酸性環(huán)境，嚴(yán)重腐蝕2022-4-1132第四節(jié)第四節(jié) 氣井的防腐設(shè)計(jì)氣井的防腐設(shè)計(jì)根據(jù)緩蝕劑作用機(jī)理根據(jù)緩蝕劑作用機(jī)理 六、注緩蝕劑防腐六、注緩蝕劑防腐鈍化型：釩酸鹽、鉻酸鹽等鈍化型：釩酸鹽

46、、鉻酸鹽等薄膜型：胺類(lèi)，如伯胺、聚胺、薄膜型：胺類(lèi)，如伯胺、聚胺、加注緩蝕劑的技術(shù)：加注緩蝕劑的技術(shù)：環(huán)空注入法：環(huán)空注入法：根據(jù)腐蝕監(jiān)測(cè)情況確定合理注入周期。根據(jù)腐蝕監(jiān)測(cè)情況確定合理注入周期。 環(huán)空加藥既能保護(hù)油管（內(nèi)、外壁）又能保護(hù)套管（內(nèi)壁），甚至對(duì)地環(huán)空加藥既能保護(hù)油管（內(nèi)、外壁）又能保護(hù)套管（內(nèi)壁），甚至對(duì)地面集輸管線還有保護(hù)作用。特別值得一提的是，如加入緩蝕阻垢劑，不僅能面集輸管線還有保護(hù)作用。特別值得一提的是，如加入緩蝕阻垢劑，不僅能防腐，還可防止油管和集輸管線內(nèi)壁結(jié)垢。防腐，還可防止油管和集輸管線內(nèi)壁結(jié)垢。從油管內(nèi)投緩蝕棒，緩蝕棒中含有緩蝕劑，在一定條件下逐步釋放緩蝕劑，從油管

47、內(nèi)投緩蝕棒，緩蝕棒中含有緩蝕劑，在一定條件下逐步釋放緩蝕劑，從而起到保護(hù)油管內(nèi)壁的作用。從而起到保護(hù)油管內(nèi)壁的作用。酰胺類(lèi)、咪唑啉、鱗化物等酰胺類(lèi)、咪唑啉、鱗化物等2022-4-1133第四節(jié)第四節(jié) 氣井的防腐設(shè)計(jì)氣井的防腐設(shè)計(jì)注緩蝕劑設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中應(yīng)該注意的問(wèn)題有效性及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。有效性及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。在硫化氫氣井中，不應(yīng)把注緩蝕劑作為防止環(huán)境開(kāi)裂的措施。在硫化氫氣井中，不應(yīng)把注緩蝕劑作為防止環(huán)境開(kāi)裂的措施。 注緩蝕劑主要用于解決一般性的電化學(xué)腐蝕。這是因?yàn)橛绊懽⒕徫g注緩蝕劑主要用于解決一般性的電化學(xué)腐蝕。這是因?yàn)橛绊懽⒕徫g劑效果的因素較多，具有不確定性。臨時(shí)性的井下作業(yè)可考慮注緩蝕劑劑

48、效果的因素較多，具有不確定性。臨時(shí)性的井下作業(yè)可考慮注緩蝕劑防止環(huán)境開(kāi)裂，例如，下測(cè)井鋼絲作業(yè)時(shí)保護(hù)鋼絲，酸化作業(yè)時(shí)保護(hù)油防止環(huán)境開(kāi)裂，例如，下測(cè)井鋼絲作業(yè)時(shí)保護(hù)鋼絲，酸化作業(yè)時(shí)保護(hù)油管等。管等。油管內(nèi)流速和局部渦流影響緩蝕劑效果。油管內(nèi)流速和局部渦流影響緩蝕劑效果。當(dāng)油管下部裝有封隔器時(shí)，從環(huán)空注緩蝕劑的井下裝置過(guò)于復(fù)雜，可靠當(dāng)油管下部裝有封隔器時(shí)，從環(huán)空注緩蝕劑的井下裝置過(guò)于復(fù)雜，可靠性難以保證。性難以保證。緩蝕劑對(duì)環(huán)境的不良影響，已日益受到關(guān)注，并將成為緩蝕劑評(píng)價(jià)和選緩蝕劑對(duì)環(huán)境的不良影響，已日益受到關(guān)注，并將成為緩蝕劑評(píng)價(jià)和選用的考慮因素之一。用的考慮因素之一。2022-4-1134第

49、四節(jié)第四節(jié) 氣井的防腐設(shè)計(jì)氣井的防腐設(shè)計(jì)七、內(nèi)涂層或內(nèi)襯雙金屬?gòu)?fù)合油管七、內(nèi)涂層或內(nèi)襯雙金屬?gòu)?fù)合油管u內(nèi)涂層油管內(nèi)涂層油管 在腐蝕環(huán)境不是十分惡劣的油氣井中，采用內(nèi)涂層油管具有較高的技術(shù)經(jīng)在腐蝕環(huán)境不是十分惡劣的油氣井中，采用內(nèi)涂層油管具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和安全性。目前公認(rèn)的內(nèi)涂層材料是一種改性酚醛環(huán)氧樹(shù)脂。濟(jì)效益和安全性。目前公認(rèn)的內(nèi)涂層材料是一種改性酚醛環(huán)氧樹(shù)脂。 內(nèi)涂層油管具有下述優(yōu)點(diǎn)：內(nèi)涂層油管具有下述優(yōu)點(diǎn)：具有低摩阻系數(shù)具有低摩阻系數(shù)改變表面潤(rùn)濕狀態(tài)改變表面潤(rùn)濕狀態(tài)投資比較低投資比較低 內(nèi)涂層油管的缺點(diǎn)：內(nèi)涂層油管的缺點(diǎn)： 忍受機(jī)械碰、擦傷能力較低，因此抽油井、油管內(nèi)頻繁作業(yè)的井不

50、宜采用。內(nèi)涂層油忍受機(jī)械碰、擦傷能力較低，因此抽油井、油管內(nèi)頻繁作業(yè)的井不宜采用。內(nèi)涂層油管主要用于注水井、氣井或自噴井和電潛泵抽油井。管主要用于注水井、氣井或自噴井和電潛泵抽油井。 螺紋連接部位的防腐處理較難，需要同時(shí)考慮公扣端部的保護(hù)問(wèn)題。螺紋連接部位的防腐處理較難，需要同時(shí)考慮公扣端部的保護(hù)問(wèn)題。 涂料質(zhì)量和噴涂工藝及過(guò)程控制要求高，否則會(huì)出現(xiàn)脫層或鼓泡等失效問(wèn)題。涂料質(zhì)量和噴涂工藝及過(guò)程控制要求高，否則會(huì)出現(xiàn)脫層或鼓泡等失效問(wèn)題。u不銹鋼或合金內(nèi)襯雙金屬?gòu)?fù)合油管不銹鋼或合金內(nèi)襯雙金屬?gòu)?fù)合油管 在普通油管內(nèi)襯一層不銹鋼或耐蝕合金薄壁管，使其成為雙金屬?gòu)?fù)合油管。內(nèi)襯管的在普通油管內(nèi)襯一層不

51、銹鋼或耐蝕合金薄壁管，使其成為雙金屬?gòu)?fù)合油管。內(nèi)襯管的材料可根據(jù)油田腐蝕環(huán)境選擇，常選用以二氧化碳為主的腐蝕可用奧氏體不銹鋼內(nèi)襯，以材料可根據(jù)油田腐蝕環(huán)境選擇，常選用以二氧化碳為主的腐蝕可用奧氏體不銹鋼內(nèi)襯，以硫化氫為主的腐蝕可用鎳基合金內(nèi)襯等。硫化氫為主的腐蝕可用鎳基合金內(nèi)襯等。2022-4-1135第四節(jié)第四節(jié) 氣井的防腐設(shè)計(jì)氣井的防腐設(shè)計(jì)八、電法保護(hù)八、電法保護(hù)u電法保護(hù)是根據(jù)電化學(xué)和電學(xué)原理和方法，使被保護(hù)金屬達(dá)到保電法保護(hù)是根據(jù)電化學(xué)和電學(xué)原理和方法，使被保護(hù)金屬達(dá)到保護(hù)的措施，護(hù)的措施， 電法保護(hù)電法保護(hù)：外加電流陰極保護(hù)、犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)、直流雜散電流：外加電流陰極保護(hù)、犧牲陽(yáng)極

52、陰極保護(hù)、直流雜散電流排流保護(hù)，交流雜散電流排流保護(hù)等措施。排流保護(hù)，交流雜散電流排流保護(hù)等措施。u腐蝕電池中，陽(yáng)極腐蝕，陰極不腐蝕。腐蝕電池中，陽(yáng)極腐蝕，陰極不腐蝕。 根據(jù)這一原理：把某種電極電位比較負(fù)的金屬材料與電極電位比較根據(jù)這一原理：把某種電極電位比較負(fù)的金屬材料與電極電位比較正的被保護(hù)金屬構(gòu)筑物相連接，使被保護(hù)金屬構(gòu)件成為腐蝕電池中的陰正的被保護(hù)金屬構(gòu)筑物相連接，使被保護(hù)金屬構(gòu)件成為腐蝕電池中的陰極而實(shí)現(xiàn)保護(hù)的方法稱為犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)。該方法特別適用于缺乏外極而實(shí)現(xiàn)保護(hù)的方法稱為犧牲陽(yáng)極陰極保護(hù)。該方法特別適用于缺乏外部電源和地下金屬油套管的防護(hù)。部電源和地下金屬油套管的防護(hù)。 常用

53、的犧牲陽(yáng)極材料常用的犧牲陽(yáng)極材料：鎂及鎂合金、鋅及鋅合金和鋁合金。：鎂及鎂合金、鋅及鋅合金和鋁合金。2022-4-1136第五節(jié)第五節(jié) 含硫化氫氣井的安全與防護(hù)含硫化氫氣井的安全與防護(hù)一、天然氣中可能含有的毒性物質(zhì)及其對(duì)公眾安全的影響一、天然氣中可能含有的毒性物質(zhì)及其對(duì)公眾安全的影響 天然氣中主要的毒性氣體是硫化物，包括硫化氫、二氧化天然氣中主要的毒性氣體是硫化物，包括硫化氫、二氧化硫、硫醇等，此外可能還含有一氧化碳。本節(jié)的內(nèi)容涉及很強(qiáng)的硫、硫醇等，此外可能還含有一氧化碳。本節(jié)的內(nèi)容涉及很強(qiáng)的法律法規(guī)性質(zhì)，若有數(shù)據(jù)或闡述不一致之處，應(yīng)以安全法律文件法律法規(guī)性質(zhì)，若有數(shù)據(jù)或闡述不一致之處，應(yīng)以安

54、全法律文件為執(zhí)行依據(jù)。為執(zhí)行依據(jù)。 u硫化氫的理化性質(zhì)及毒害硫化氫的理化性質(zhì)硫化氫的理化性質(zhì) 硫化氫對(duì)人體的傷害濃度硫化氫對(duì)人體的傷害濃度u二氧化硫的理化性質(zhì)及毒害二氧化硫的理化性質(zhì)二氧化硫的理化性質(zhì)二氧化硫?qū)θ梭w的傷害濃度二氧化硫?qū)θ梭w的傷害濃度u與硫化鐵有關(guān)的安全問(wèn)題2022-4-1137第五節(jié)第五節(jié) 含硫化氫氣井的安全與防護(hù)含硫化氫氣井的安全與防護(hù)二、含硫氣井的公眾安全半徑二、含硫氣井的公眾安全半徑 加拿大加拿大“British Columbia Oil and Gas Handbook Section 11 - British Columbia Oil and Gas Handbook Section 11 - Emergency Planning and Requirements for Sour Wells”Emergency