油氣田的腐蝕特征及控制技術-免費閱讀

　　

【正文】 當接點在貧瘠的土壤上時可能會導致錯誤的 CP電位測量，或者在復雜的、相互關聯的管道系統上不能真正地進行斷電電位測量時，這種技術特別有用 陰極保護測試樁 電纜連接頭 埋地管道 陰極保護監測探針 陰極保護測試電極 陰極保護監測測試電纜頭 地 面 管道的陰極保護監測示意圖 2022/2/13 114 陰極保護狀況監測 陰極保護腐蝕探針 陰極保護探針監測數據圖01998年12月12日 1999年3月12日 1999年6月12日 1999年9月12日 1999年12月12日 2022年3月12日時間腐蝕深度（mm）管道沒有陰極保護 ,平均腐蝕速率 : 管道加上陰極保護 ,平均腐蝕速率 : 陰保探針得到的腐蝕數據 2022/2/13 115 管道腐蝕控制的長遠目標 …… 戰略上 ? 宏觀上 – 瞄準國際上研究熱點，開展前沿技術研究，向國際先進水平靠攏 – 依托國內重大工程，圍繞油氣生產開發中的普遍問題和關鍵技術難題，開展攻關研究，為油氣安全開發提供技術支持 – 結合領域研究發展工作，依托重點實驗室，培養和建設一支高水平研究隊伍 2022/2/13 116 管道腐蝕控制的長遠目標 …… 戰略上 – 結合本國國情與特點發展材料的腐蝕與防護技術 – 貫徹 “ 預防為主 ” 的方針，大力推廣以預防為主的 “ 防蝕設計 ” 技術 – 對重大工程實施全面腐蝕控制 – 重視材料防護的經濟分析，提高防護的投資效益 – 防腐蝕技術的開發要以人為本，以標準依據，有國家法律保證 – 加強全壽命期各個環節的防蝕管理 – 采用任何防護技術不能以損害環境為代價 2022/2/13 117 管道腐蝕控制的長遠目標 …… 戰術上 ? 重點發展方向 – 一開始就要注意 “ 服役性能 ” 和 “ 使用壽命 ” ，提高材料的服役性能和使用壽命 – 發展 “ 環保型、無公害、長壽命 ” 的涂層防護技術 – 盡可能降低材料腐蝕造成的經濟損失 ? 重點發展領域 – 油套管表面科學與技術 ? 重點發展產品 – 具有高性能的防護涂層與防護技術，如環保型、長壽命新型防護涂層與涂料 2022/2/13 118 管道腐蝕控制的長遠目標 …… 戰術上 ? 重點發展技術 –共性技術 ? 油氣田用石油管材料環境適應性試驗、檢測、評價和預測技術 ? 環境對材料腐蝕性的評價、分類和預測技術 –關鍵技術 ? 表面處理與表面防護技術 ? 綜合防護與延壽技術 –創新技術 ? 特殊、嚴酷環境中的腐蝕與防護新技術 2022/2/13 119 管道腐蝕控制的長遠目標 …… 戰術上 –對未來有重大影響的技術 ? 環保型、長壽命涂層防護新技術 ? 新材料的環境行為與服役性能評價技術 –腐蝕與防護系列標準 ? 油氣田用石油管材料環境適應性標準；防蝕設計標準；耐蝕性評價標準；腐蝕試驗、檢測與評價方法標準；環境腐蝕性分類與評價標準等） 2022/2/13 120 油氣管道腐蝕控制技術和管理措施 ? 主要技術和管理措施： 從如下五個方面進行展開 ? 在現場調研和文獻研究的基礎上，通過室內研究了解油氣田的腐蝕機理規律，為采取腐蝕控制措施提供更可靠的依據 、篩選與開發工作 ? 可選用多種防護措施： 如緩蝕劑涂鍍層的篩選、高 Cr油氣田和經濟性油氣田的試用、脈沖電流陰極保護技術的應用等 ? 各項防護措施在應用前都必須進行高溫高壓評價試驗和耐久性試驗，針對不同腐蝕類型，采取相應防護措施 2022/2/13 121 油氣管道腐蝕控制技術和管理措施 ，掌握腐蝕動態，為機理研究和防護措施選用提供基礎數據 ? 通過腐蝕監測，可以獲得腐蝕過程和操作參數之間的相互聯系等有關信息，可對腐蝕問題進行評估，改善腐蝕控制方案，起到“防患于未然”的效果 ? 腐蝕監測的手段很多，最基本的腐蝕監測方法是直接測定鋼材的腐蝕量，或者通過對環境腐蝕因子（ PH、腐蝕介質濃度、溫度、壓力、流速等）的測量間接推斷腐蝕速度或腐蝕行為 4. 增加防腐投入 ? 由于防腐投入具有效益滯后的特點，因此確保防腐投入是抓好油氣田防腐工作的關鍵 ? 要將防腐經費分解單列，專款專用 2022/2/13 122 油氣管道腐蝕控制技術和管理措施 5. 加強防腐工作領導，建立防腐專業機構和制度，提高管理水平 ? 各級領導要加以重視，要根據油氣田的腐蝕狀況和特點，制定出防腐工作的基本思路和指導思想 ? 設臵專門機構，建立從上到下的各級防腐蝕管理部門 ? 加強防腐蝕措施的質量管理和考核 – 如對管道的防腐蝕工作，應在管道設計時就預以考慮，對選材、防護、監測等方面給予一定資金的投入與重視，在建設上要嚴格按設計要求施工和驗收。 TGRC建議必須使用幾項監測技術來確定其他方法的結果是否具有科學性和較好的再現性。 C) ? 壓力受限：一般最高壓力 = 850 psi (60bar) 73176。 國內外常用，效果好； 投加管理與篩選同等重要。 2022/2/13 48 相關術語 從腐蝕角度 從磨損角度 流動誘導腐蝕 (flowinducedcorrosion ) 沖蝕 (erosion)或沖蝕磨損 (erosive wear) 受流動所決定的腐蝕 (flowdependentcorrosion) 空泡腐蝕或氣蝕 (cavitation) 流動影響下的腐蝕 (flowinfluenced or affected corrosion ) 磨粒磨損 (abrasive wear) 沖擊腐蝕 (impingement attack) 磨蝕 (corrosionerosion) 沖刷腐蝕 (erosioncorrosion) 腐蝕磨損 (corrosive wear) 2022/2/13 49 形貌特征 ? 沖蝕往往表現出明顯的與流動方向相關的方向性，沖蝕輕微時呈現出光滑或淺波紋狀，中等或以上程度時為魚鱗坑狀，嚴重時則為鋒利的溝槽、局部深孔等； ? 空蝕輕微時呈現出麻點、針孔，嚴重時為蜂窩或海綿狀。1971年 5月四川威成線天然氣管線腐蝕爆裂，造成爆炸和燃燒，導致直接經濟損失 7000萬元 – 新疆油田公司每年投入大量資金對管線、容器進行維修或更換，據統計，每年更新改造的資金約 2億元左右 ? 腐蝕導致人員傷亡 – 1971年 5月至 1986年 2月，四川天然氣管網腐蝕導致爆炸和燃燒事故 83次，其中第一次事故就傷亡 24人。 1991年 1月 25日川東油田 H2S腐蝕造成井噴，造成兩人死亡，七人受傷 2022/2/13 7 油氣田腐蝕類型與特征 …… 油氣田腐蝕四大危害 ? 腐蝕造成停工停產，影響正常生產 – 如 1983年川南窩深一井，腐蝕疲勞造成鉆桿失效，導致停鉆 127天；又如中原油田胡狀油田 1988年 11月投產至 1993年2月間穿孔 780余次，被迫停井 50多次 ? 腐蝕造成環境污染 – 如地下水資源破壞，生態環境破壞，以及天然資源浪費等 ? 腐蝕是高新技術產業發展的限制性因素 2022/2/13 8 油氣管道腐蝕危害 原油漏失 污染良田 2022/2/13 9 ? 環境因素： – H2S， CO2， Cl，溫度、壓力、 pH、含水量、氣油比等 ? 材料因素： – 材料類型（碳鋼、不銹鋼、耐蝕 合金、非金屬），金相組織，化 學成分、強度、夾雜缺陷等 ? 力學因素： – 工作應力，殘余應力（制造，焊接，外力破壞，表面處理），流體沖刷應力 油氣田腐蝕類型與特征 …… 腐蝕因素 2022/2/13 10 油氣田腐蝕類型與特征 …… 腐蝕類型 ? 按照腐蝕機制，可以分為三大類型： – 常規電化學腐蝕 ? 失重腐蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕、孔蝕等 – 流體力學化學腐蝕 ? 沖刷腐蝕、沖蝕腐蝕、空泡腐蝕 – 固體力學化學腐蝕 ? 腐蝕疲勞、應力腐蝕、硫化物應力開裂、氫致開裂等 ? 按腐蝕破壞特征： – 全面腐蝕： 分布整個表面，可是均勻的，也可是不均勻的 – 局部腐蝕： 小孔腐蝕、電偶腐蝕、氫脆、應力腐蝕破裂、晶間腐蝕、 縫隙腐蝕、選擇性腐蝕、細菌腐蝕、其它腐蝕（如沉積腐蝕、濃差電池腐蝕、沖刷腐蝕等） 2022/2/13 11 油氣田腐蝕類型與特征 …… 腐蝕類型 ? 按腐蝕發生部位分為兩類 – 外腐蝕 主要是管體外部遭受的土壤腐蝕和地下水腐蝕，以及雜散電流腐蝕和宏觀電池腐蝕等 – 內腐蝕 主要是管體內部由于內部介質所導致的腐蝕，是目前的研究難點和熱點 ? 按照腐蝕介質分：常見六大主要腐蝕類型 – H2S腐蝕 – CO2腐蝕 – H2S和 CO2共存條件下腐蝕 – O2腐蝕 – 細菌腐蝕 – 土壤腐蝕 （外腐蝕） ? 過去關于高溫高壓 CO2腐蝕和多相流沖刷腐蝕研究不多，而實踐證明這兩種腐蝕，越來越成為油氣田的主要危害 2022/2/13 12 油氣田腐蝕類型與特征 …… 腐蝕類型 分類方式 主 要 研 究 內 容 腐蝕環境 CO2 腐蝕、 H2 S腐蝕、溶解鹽類腐蝕、酸腐蝕、水腐蝕、大氣腐蝕、細菌腐蝕、土壤腐蝕、雜散電流腐蝕、鐵離子腐蝕、原電池腐蝕、Ca、 Mg、 Zn等的濃縮鹵鹽腐蝕、凝析氣相腐蝕等 腐蝕形貌及部位 均勻腐蝕 、 點蝕 、 縫隙腐蝕 、 晶間腐蝕 、 氫脆 、氫鼓泡 、 硫化物應力腐蝕開裂 、 腐蝕疲勞 、 焊縫腐蝕 、 刀狀腐蝕 、 沖刷腐蝕 、 沖蝕促進腐蝕 、空泡腐蝕 、 內腐蝕及外腐蝕等 2022/2/13 13 幾種典型的腐蝕類型及其關注點 ? CO2腐蝕 ? H2S腐蝕 ? 多相流沖刷腐蝕 2022/2/13 14 ? “ CO2 腐蝕 ” 術語 1925年被 API采用， Texas 油田的氣井 1943年首次出現 ? 國外 20世紀 60年代，我國起步晚 (80年代 ) ? 美國國家腐蝕工程師協會 (NACE)成立 TIC小組，專門從事 CO2 腐蝕研究 ? 國外 – 公司 Shell、 ExxonMobile、 BP等 – 研究機構 Ohio大學、 Tulsa大學、挪威能源研究院（ IFE）、英國利茲大學、加拿大 CANMET、德國Iserlohn應用科學大學、美國西南研究院等 CO2 腐蝕 2022/2/13 15 ? CO2 溶于水 : ? ? ? ?aq2g a s2 COCO ?)(32)(2)(2 aqK h y daqaq COHOHCO ?? ????? ??? ?? )(3)()(32 aqaqK c aaq H C OHCOH??? ??? ?? 2 )(3)()(3 aqaqK b iaq COHH C O? 溶解的 CO2水合過程 : ? 碳酸水解 : ? 碳酸氫根進一步水解 : ?? ??? ?? )()()(2 aqaqKwaq OHHOH? 水電解 : CO2 腐蝕 2022/2/13 16 CO2局部腐蝕機理 ? CO2局部腐蝕有以下三種典型機理 – 臺地狀腐蝕 – 蝸旋狀腐蝕 – 點狀腐蝕 – 我們研究發現，腐蝕后試樣表面呈現為圖所示的蜂窩狀和 底大口小的燒瓶型點狀腐蝕 ? 這種腐蝕形狀由于口小， 閉塞電池效應很強：孔外大陰極，孔內小陽極，促進腐蝕向深度方向發展 2022/2/13 17 CO2腐蝕的影響因素 CO2腐蝕速率影響因素 環境因素 內部因素 力學因素 原油 溫度 CO2分壓 pH值 介質 材料成分組織 多相流、固體顆粒 力學化學作用 腐蝕緩減作用 腐蝕產物膜的形成 腐蝕產物膜的破壞 傳質加速作用 腐蝕產物膜的狀態 腐蝕速率、腐蝕形態 2022/2/13 18 CO2腐蝕影響因素 CO2腐蝕的影響因素 研究的重點 研究的重點 2022/2/13 19 關注點之一： CO2腐蝕產物膜研究 ? CO2腐蝕產物膜對 CO2腐蝕至關重要 – CO2多相流腐蝕研究關鍵在于腐蝕產物膜 ,膜好壞決定了CO2腐蝕的嚴重程度 – 在多數情況下，金屬表面都會形成具有不同保護性的腐蝕產物膜 – 膜的性能，尤其是膜的力學性能決定了膜耐受破壞的能力 – 腐蝕速率與膜的保護性強弱和抗外力損傷能力密切相關 – 流體流動是導致腐蝕產物膜的破壞關鍵因素之一 2022/2/13 20 關注點之二： CO2腐蝕速率預測模型 ? 預測模型 – 經驗型 ? 對腐蝕機理的認識要求不高，模型比較簡潔受實驗室數據以及現場數據的影響較大 – 半經驗型 ? 對腐蝕數據的要求相對較少，理論模型與實驗數據都會影響到半經驗模