N80-1油管腐蚀穿孔失效分析.pdf
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1、五油管材与仪器2023年第9卷第5期PETROLEUM TUBULAR GOODS&INSTRUMENTS59失效分析与预防N801油管腐蚀穿孔失效分析泡1-2 和含有腐蚀性气体3-5 而产生的油管和套管腐蚀杨琦,张志猛,袁少锋,王(1.中国石油集团工程材料研究院有限公司,国家市场监管重点实验室(石油管及装备质量安全)陕西西安7 10 0 7 7;2.中国石油长庆油田分公司第十一采油厂甘肃庆阳7 450 0 0;3中石油煤层气有限责任公司北京10 0 0 2 8;4.山西天然气有限公司5.中石油煤层气有限责任公司临汾采气管理区临汾042300;6.中石油煤层气有限责任公司工程技术研究院陕西西安
2、710082)摘要:某气井生产用油管在服役过程中发生腐蚀穿孔。通过宏观形貌分析、微观形貌与能谱分析、化学成分分析、腐蚀产物XRD分析以及金相分析等方法,在油管穿孔处及附近区域取样对腐蚀穿孔失效原因进行了分析。结果表明,高CI-和高矿化度的地层水腐蚀环境是导致该油管腐蚀穿孔的主要原因,非金属夹杂物、组织不均匀和残余应力是油管腐蚀穿孔的次要原因。建议对该气井定期添加缓蚀剂,及时排出井筒内积液,减少油管长期浸泡在地层水腐蚀环境中的情况,同时改进油管生产热处理工艺,改善加厚端组织的不均匀性和残余应力,延长油管服役寿命。关键词:油管失效;局部腐蚀;组织不均匀;残余应力中图法分类号:TE973D0I:10
3、.19459/ki.61-1500/te.2023.05.012Failure Analysis on the Corrosion Perforation of N80-1 TubingYANG Q,ZHANG Zhimeng,YUAN Shaofeng,WANG Gang,SHI Lin,SHI Yuanbao,BAI Tianjiao(1.Key Laboratory of Petroleum Tubular Goods and Equipment Quality Safety for State Market Regulation,CNPC Tubular Goods2.Oil Prod
4、uction Plant No.11,Changqing Oilfield,PetroChina,Qingyang,Gansu 745000,China;5.Gas Production Management Area Of Linfen,PetroChina Coalbed Methane Company Limited,Linfen,Shanxi 042300,China;6.Institute Of Engineering Technology,PetroChina Coalbed Methane Company Limited,Xian,Shaanxi 710082,China)Abs
5、tract:The tubing used in production of a gas well was corroded and perforated during service.Through the methods of macroscopic mor-phology analysis,microstructure observation,energy spectrum analysis,chemical composition analysis,XRD analysis of corrosion productsand metallographic analysis,the fai
6、lure reasons of corrosion perforation were analyzed by using wire cutting sampling at and near the tubingperforation.The results show that the corrosion environment of formation water with high Cl-and high salinity is the main factor leading tothe corrosion perforation of tubing,while non-metallic i
7、nclusion,inhomogeneous structure and residual stress are the secondary factors.Itis suggested to add corrosion inhibitor regularly to the gas well,discharge the fluid in the wellbore timely,reduce the long-term immersionof the tubing in the formation water corrosion environment,improve the productio
8、n heat treatment process of the tubing,and reduce the in-homogeneous structure of the upset end and residual stress,to extend the service life of the tubing.Key words:tubing failure;localized corrosion;inhomogeneous structure;residual stress0引言气井在正常生产过程中,因高矿化度地层水的浸刚4,石林,石元宝”,白天骄6山西太原0 30 0 0 0;山西文献标
9、识码:A文章编号:2 0 96-0 0 7 7(2 0 2 3)0 5-0 0 59-0 5Research Institute,Xian,Shaanxi 710077,China;3.PetroChina Coalbed Methane Company Limited,Beijing 100028,China;4.Shanxi Natural Gas Limited Company,Taiyuan,Shanxi 030000,China;问题不可忽视6-7 。油管腐蚀是受诸多因素影响的复杂过程。为了保证油管螺纹连接部位的承载能力,油初投稿收稿日期:2 0 2 2-12-14;修改稿收稿日期:
10、2 0 2 3-0 4-10第一作者简介:杨琦,男,198 7 年生,高级工程师,2 0 14年毕业于西安石油大学油气田开发工程专业,获硕士学位,现主要从事石油管材失效分析及石油管工程技术服务工作。E-mail:y a n g q i o 0 6 c n p c.c o m.c n60管管端加厚工艺被广泛应用于油管的生产9-10 。如果油管制造工艺参数设计不合理,或者生产时制造工艺不符合要求,容易造成油管出现凸棱、结疤、管端飞边、内表面凹坑、组织不均匀和残余应力等缺陷-12 。虽然国内外广泛采用防腐涂层和阴极保护相结合的方法来提高油管使用寿命,但在气井服役环境中,油管加厚端出现组织不均匀、残余
11、应力等缺陷仍然会加速局部腐蚀的发生13某气井生产用油管在服役过程中发生腐蚀穿孔,本文对该腐蚀穿孔失效油管进行了失效原因分析,并提出了改进建议。1油管腐蚀穿孔失效情况某气井完钻井深为410 0 m,水泥返深为52 7.40 m,最大井斜为32.57,于2 0 2 1年11月投产,动态评价属I类井,产气量为2.510*m/d,产水量为14.4m/d,油管压力约为2.2 9 5.0 6 MPa,套管压力为12.9MPa。2022年5月12 日,该井压降速率由0.0 1MPa/d上升至0.20MPa/d,瞬时流量由7 0 0 m/h上升至140 0 m/h,初步判断为井下节流器失效导致瞬时流量突然上升
12、。更换节流器时发现节流器没有损坏,于是进行了提出油管作业。提出油管后,发现第16 9 根(在井下16 35m处)油管发生了腐蚀穿孔,油管穿孔宏观形貌如图1所示。该油管为73.02mm5.51mmR2N80-1EUE油管,累计服役时间为18 6 d。图1腐蚀油管宏观形貌2腐蚀穿孔形貌分析失效油管外表面和螺纹表面发生了轻微腐蚀,在该油管外表面还发现了较浅的管钳夹痕。油管内壁腐蚀形貌呈局部腐蚀特征,内壁有大量的腐蚀坑,如图2 所示。五油管材与仪器管,长时间冲刷油管内壁形成了光滑冲蚀形貌。油管穿孔处距离管端约为18 cm,穿孔位于油管的加厚端过渡区,穿孔尺寸约为11mm6mm,如图3所示。从图3可见,
13、在穿孔区附近的腐蚀坑沿油管轴向呈带状分布,油管穿孔处处于加厚端到加厚消失处之间的过渡区域。此过渡区域经过加厚成型工艺,该过渡区容易存在微观组织不均匀和应力集中等缺陷。在油管的穿孔处沿着轴向有液体浸泡的痕迹,如图4所示。由于油管斜度角约为2 8.8,地层水会在油管底部聚集,此处的浸泡痕迹判断为当地层水液面上升时,地层水沉积在油管的底部。金相化学成分联佳区图3失效油管内壁穿孔处宏观形貌图4失效油管浸泡痕迹用TESCANVEGAII扫描电镜分析油管穿孔处的微观形貌,如图5所示。穿孔附近存在连续的腐蚀坑,沿着油管轴线方向呈带状分布。经过分析对比,油管的外壁穿孔尺寸小于内壁穿孔尺寸,由此可以推断,腐蚀坑
14、首先在内壁形成,然后随着腐蚀的进行,腐蚀坑由小到大、由浅到深,从内壁向外壁逐渐扩展。油管轴线方向2023年10 月1cm内壁孔外壁孔图2 失效油管内壁腐蚀形貌图2 中红色圆圈内较深的腐蚀坑为油管穿孔后,由于套管压力高于油管压力,油套环空内液体高速冲进油VEGAIITESCANSEMMAG:12xDet:SEDetector图5油管穿孔处微观形貌2mmDigitalMicroscopyImaging2023年第9 卷第5期对带状腐蚀坑附近的A处形貌进行扫描,结果如图6所示。Det:SEDetectorSEMMAG:35x图6 A处腐蚀微观形貌该腐蚀坑内壁未发现大片完整的腐蚀产物膜。从表1失效油管
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