高含硫油气田BG110SS钢油管腐蚀原因_汪洋.pdf
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1、D O I:1 0.1 1 9 7 3/f s y f h-2 0 2 2 1 2 0 1 8高含硫油气田B G 1 1 0 S S钢油管腐蚀原因汪 洋,于 林,任 阳,向 毅(西南油气田公司川东北气矿,达州 6 3 5 0 0 0)摘 要:川东北某高含硫油气田现场使用的两种尺寸B G 1 1 0 S S钢油管在服役1 a后发生腐蚀,采用宏观观察、化学成分分析、物相分析、扫描电镜及能谱分析等方法,分析了油管腐蚀的原因。结果表明:B G 1 1 0 S S钢油管外壁以均匀腐蚀为主,内壁以严重的局部点蚀为主,8 8.9 0 mm油管的腐蚀程度比7 3.0 2 mm油管的更加严重;点蚀主要是油田高含
2、硫环境、C l-富集和吸氧腐蚀的共同作用下导致的,S2-、H S-和C O2渗透至基体表面,加剧了基体腐蚀,在环境、载荷等多因素耦合作用下,导致油管腐蚀逐渐发展。关键词:B G 1 1 0 S S钢;油管;高含硫油气田;腐蚀中图分类号:T G 1 7 4.3 文献标志码:B 文章编号:1 0 0 5-7 4 8 X(2 0 2 2)1 2-0 1 0 9-0 5C a u s e s o f C o r r o s i o n o f B G 1 1 0 S S S t e e l T u b i n g i n H i g h S u l f u r O i l a n d G a s F
3、i e l dWANG Y a n g,YU L i n,R E N Y a n g,X I ANG Y i(S o u t h w e s t O i l a n d G a s F i e l d C o m p a n y N o r t h e a s t S i c h u a n G a s D i v i s i o n,D a z h o u 6 3 5 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:C o r r o s i o n o c c u r r e d o n B G 1 1 0 S S s t e e l t u b i n g w i t h
4、 t w o s i z e s a f t e r o n e y e a r o f s e r v i c e i n a h i g h s u l f u r o i l a n d g a s f i e l d i n n o r t h e a s t e r n S i c h u a n.T h e c a u s e s o f c o r r o s i o n o f t u b i n g w e r e a n a l y z e d b y m e a n s o f m a c r o s c o p i c o b s e r v a t i o n,c h
5、 e m i c a l c o m p o s i t i o n a n a l y s i s,p h a s e a n a l y s i s,s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y a n d e n e r g y s p e c t r u m a n a l y s i s.T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t h o m o g e n e o u s c o r r o s i o n w a s d o m i n a n t o n t h e o u t e r
6、 w a l l o f B G 1 1 0 S S s t e e l t u b i n g,a n d s e v e r e l o c a l p i t t i n g c o r r o s i o n w a s d o m i n a n t o n t h e i n n e r w a l l.T h e c o r r o s i o n d e g r e e o f t h e t u b i n g w i t h s i z e o f 8 8.9 0 mm w a s m o r e s e r i o u s t h a n t h a t o f t h
7、e t u b i n g w i t h s i z e o f 7 3.0 2 mm.P i t t i n g c o r r o s i o n w a s m a i n l y c a u s e d b y S2-,H S-a n d C O2 p e r m e a t i n g t o s u b s t r a t e s u r f a c e u n d e r t h e c o m b i n e d a c t i o n o f h i g h s u l f u r e n v i r o n m e n t,C l-e n r i c h m e n t
8、a n d o x y g e n a b s o r p t i o n c o r r o s i o n,w h i c h a g g r a v a t e d t h e s u b s t r a t e c o r r o s i o n.U n d e r t h e c o u p l i n g a c t i o n o f e n v i r o n m e n t,l o a d a n d o t h e r f a c t o r s,c o r r o s i o n g r a d u a l l y e x p a n d e d o n t h e t
9、u b i n g.K e y w o r d s:B G 1 1 0 S S s t e e l;t u b i n g;h i g h s u l f u r o i l a n d g a s f i e l d;c o r r o s i o n 目前,世界范围内油气田开采已进入中后期,超过三分之一的油气田含有酸性腐蚀介质。以我国四川东北部地区为典型代表,该地区油气井存在较高含量的H2S和C O2等腐蚀性介质1-3。以四川东北部地区的铁山坡、渡口河等组气藏为例,其天然气组分中H2S含量达到1 4.2%1 5.5 4%,C O2含量为5.4 3%8.8 9%,表现为高含硫酸性气藏,这对油
10、气田的开采有着重大影响4-5。油井管作为油气开采过程中的载体,贯穿于钻井、完井等各个环节,随着我国油气勘探开发向高含量、超深井方向发展,B G 1 1 0 S S钢作为抗硫化氢腐蚀用油井管,已经在我收稿日期:2 0 2 2-0 6-2 7通信作者:汪 洋(1 9 7 5-),高级工程师,学士,主要从事采气工程技术研究和管理工作,1 3 8 0 8 2 4 8 9 0 6,w a n g_y a n gp e t-r o c h i n a.c o m.c n国西部各大油气田中得到广泛应用6-7。油管在H2S、C O2、C l-等腐蚀性介质,以及复杂的工况载荷、环境载荷等多因素耦合作用下,极易发
11、生腐蚀失效,从而破坏井筒的安全屏障8-1 0。四川东北部某油气田油管使用的是B G 1 1 0 S S钢,在井下服役时间超过1 a后发生腐蚀。本工作通过一系列的理化检验,分析了该油管腐蚀的原因,以期为该地区高含硫酸性油气田的开发提供腐蚀防护理论依据。1 理化检验与分析1.1 宏观观察根据国标G B/T 1 6 5 4 5-2 0 1 5 金属和合金的腐蚀 腐蚀试样上腐蚀产物的清除 标准,利用线切割在两种尺寸(7 3.0 2 mm和8 8.9 0 mm)的腐蚀油管上截取成尺寸为1 0 mm1 0 mm的试样,采用901第4 3卷 第1 2期2 0 2 2年1 2月腐蚀与防护C O R R O S
12、 I ON&P R O T E C T I ONV o l.4 3 N o.1 2D e c e m b e r 2 0 2 2化学 法 清 除 试 样 表 面 的 腐 蚀 产 物。采 用S R L-7 0 4 5 S Z型体视显微镜观察其宏观形貌。由图1可见:油管外壁为均匀腐蚀,外壁存在成片的腐蚀麻点和大面积溃疡状腐蚀形貌,腐蚀产物呈 红 褐 色,推 测 该 腐 蚀 产 物 的 主 要 成 分 为F e2O31 1-1 2;8 8.9 0 mm油管外壁的腐蚀产物形貌呈现一定的偏向性,即在油管轴向出现带状腐蚀形貌,腐蚀产物主要以红褐色为主,腐蚀面积较大;对比油管内外壁的宏观腐蚀形貌可知,7 3
13、.0 2 mm油管内壁呈现严重的局部点腐蚀形貌,存在大片不连续的腐蚀坑;8 8.9 0 mm油管内壁的腐蚀坑分布比7 3.0 2 mm油管内壁的更加集中,腐蚀坑面积更大,腐蚀坑更深,8 8.9 0 mm油管内壁更加凹凸不平,腐蚀坑周围分布着红褐色和黑色腐蚀产物,初步判断黑色腐蚀产物为F e3O4,腐蚀坑内也有腐蚀产物。局部点蚀容易引起管壁腐蚀穿孔,从而导致油管失效,危害较为严重。综上所述可知,B G 1 1 0 S S油管外壁的腐蚀形式以均匀腐蚀为主,内壁以严重的局部点腐蚀为主。对于油管内壁而言,8 8.9 0 mm油管的局部腐蚀程度比7 3.0 2 mm油管的更加严重,腐蚀产物呈现红褐色与黑
14、色,初步判断黑色腐蚀产物为F e3O4,红褐色腐蚀产物为F e2O3,腐蚀产物主要分布在腐蚀坑周围并向四周发展。(a)7 3.0 2 mm,外壁(b)8 8.9 0 mm,外壁(c)7 3.0 2 mm,内壁(d)8 8.9 0 mm,内壁图1 去除腐蚀产物前两种尺寸腐蚀B G 1 1 0 S S钢油管内外壁的宏观形貌F i g.1 M a c r o-m o r p h o l o g y o f i n n e r a n d o u t e r w a l l o f c o r r o d e d B G 1 1 0 S S s t e e l t u b i n g w i t h
15、t w o s a i z e b e f o r e r e m o v i n g c o r r o s i o n p r o d u c t s:(a)7 3.0 2 mm,o u t e r w a l l s;(b)8 8.9 0 mm,o u t e r w a l l;(c)7 3.0 2 mm,i n n e r w a l l;(d)8 8.9 0 mm,i n n e r w a l l 由图2可见:去除腐蚀产物后,7 3.0 2 mm油管外壁出现均匀分布的腐蚀坑,腐蚀坑呈现出棱脊状,相较于8 8.9 0 mm油管外壁,7 3.0 2 mm油管外壁腐蚀坑更加分散,两种尺
16、寸油管外壁都表现为全面腐蚀的形貌特征;7 3.0 2 mm油管内壁为局部腐蚀,腐蚀坑比外壁的少,但腐蚀坑更深,8 8.9 0 mm油管内壁局部腐蚀坑形貌较为明显,腐蚀面积较大,这表明直径较大的油管,其腐蚀形式呈局部点腐蚀向均匀腐蚀发展的趋势。1.2 化学成分分析从某高含硫油气田井中取出的两种尺寸的腐蚀B G 1 1 0 S S钢油管,该型号油管为宝钢自行生产,(a)7 3.0 2 mm,外壁(b)8 8.9 0 mm,外壁(c)7 3.0 2 mm,内壁(d)8 8.9 0 mm,内壁图2 去除腐蚀产物后两种尺寸腐蚀B G 1 1 0 S S钢油管内外壁的宏观形貌F i g.2 M a c r
17、 o-m o r p h o l o g y o f i n n e r a n d o u t e r w a l l s o f c o r r o d e d B G 1 1 0 S S s t e e l t u b i n g w i t h t w o s a i z e a f t e r r e m o v i n g c o r r o s i o n p r o d u c t s:(a)7 3.0 2 mm,o u t e r w a l l s;(b)8 8.9 0 mm,o u t e r w a l l;(c)7 3.0 2 mm,i n n e r w a l l
18、;(d)8 8.9 0 mm,i n n e r w a l l011汪 洋,等:高含硫油气田B G 1 1 0 S S钢油管腐蚀原因7 3.0 2 mm和8 8.9 0 mm B G 1 1 0 S S钢油管壁厚分别为6.0 0 mm和7.2 mm,井下服役时间均超过1 a,其化学成分如表1所示。表1 B G 1 1 0 S S钢油管的化学成分T a b.1 C h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f B G 1 1 0 S S s t e e l t u b i n g%wCwM nwM owC rwC uwPwSwS iwF e0.3 51.2 0
19、1.1 01.6 00.50.0 20.0 10.0 5余量1.3 显微组织观察从两种腐蚀B G 1 1 0 S S钢油管上分别切割出尺寸为1 0 mm1 0 mm的试样,经砂纸(2 2 02 0 0 0号)逐级打磨、抛光后,根据G B/T 1 3 2 9 8-2 0 1 5 金属显微组织检验方法 标准,使用4%(体积分数)硝酸酒精溶液对其浸蚀1 0 s后,用酒精擦拭干净并吹干,采用X D 3 OM型光学显微镜对试样进行显微组织观察。由图3可见:两种腐蚀B G 1 1 0 S S钢油管均为回火索氏体组织,可以判断该油管用B G 1 1 0 S S钢进行了正火+回火热处理,符合B G 1 1 0
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