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1、高温高压凝析气井C 0 2 腐蚀及防护对策 林永学王立志 ( 中国新 星石油公司石油 钻井研究 所， 陈雷何汉平 山东德州2 5 3 0 0 5电话2 6 2 2 5 5 4 ) 摘 要: 本 文 介绍了 中国 新星 石油 公 司 雅克 拉 气田 超深 高 温高 压 含C O x 凝 析 气井 中 存 在的 严 重腐 蚀问 题 及 在试 采 过 程中由 腐蚀引 发的 重大 事故事 例. 重点论 述了该 凝 析气田的 腐 蚀环境、 生产条 件及 腐蚀特征。分析讨论了 气井完并管 柱 腐 蚀 机 理 及 失 效 原 因 . 测 试 评 价 了 不 同 管 材 在 实 F l 注况 条 件 下 的
2、腐 蚀 状 况 ， 探 讨 了 不 同 防 治 措 施 的 适 应 性 ， 提 出 了 开 发 该 气 田 所 应 采 取 的 适 合 的 防 肩 技 术 方 法 及 配 套 技 术 措 施 关 键 词 : c o ,腐 蚀 凝 析 气 并 油 管 腐 蚀 评 价 1前言 雅克 拉凝析气田 位于中国 最大的 沉积盆 地 一塔里 木盆地北部， 新疆维吾尔自 治区阿克苏 地区 境 内 ， 距 库车县 城东南方向 约 5 0 k m ， 地面海 拔高 度在 9 5 0 - 9 6 0 m之间， 为地形平坦的半沙漠化地 带。 该 气田 是原 地质矿产部发 现的 一个复 合型 气田 。 1 9 8 4
3、年9 月沙 参2 井在奥 陶系 钻获高 产油气流之后， 义在该区 钻了 六口 探井，为了 更 好评 价和开 发该气田， 相继 将四口 有工业开采价 值的 井投入试采， 然 而由 于 凝析 气中 伴有 大 量C 0 2 , 使四口 试 采 井 在试 采 过程 中 均 发生 因C 0 2 腐 蚀引 起的 较 严重的 事 故， 造成了很大的经济损失。 雅克 拉凝析气田 在试 采期间曾 采用 过防腐措施， 如封隔器 和内 涂层油管完井方案， 但未能 有效 解决油管腐蚀问题。 目 前. 雅克 拉凝析气田由中国 新星石油公司 简 称 ;N S P C ) 组织开 发， 气 藏开发寿命预计为 2 0 年 ，
4、 为 了 根 除 影 响 开 发 的C 0 2 腐 蚀难 题， C N S P C 组 织 有 关 技 术 人 员 针 对 该 气田 腐 蚀 环 境， 生 产 条 件 及 腐 蚀特征 进行了 分析与 研究， 在实 验室开 展了 模拟实际生 产条件下的 腐蚀评价实 验， 对比 评价了 不同 防 腐蚀方案的可靠性， 提出了 适宜的防腐 _ 艺技术方法。 2 C 0 2 腐 蚀事 例， z 1 MS 7 井是 位于雅克 拉 构造上的 第二口 探井， 产层井深 5 3 0 1- 5 3 1 4 m 。 投产 1 1 个月 后因 环一、 环二压力 升高而修井。 起出管柱后发现: 整个采气管柱的内 壁腐
5、蚀较严重并有明显的冲蚀道纹， 腐蚀 深 度约为 0 . 5 - 1 . O m m ， 有的部 位已 穿孔; 油管公扣上部 有绿豆大小的孔眼。 修井后下新油管生 产， 一年后，因油压突然下降进行修并，结果发现: 6 6 5 2 6 6 5 m段的 油管内 壁严重 腐蚀， 其中 有 1 2 3 . 5 m的油 管为平行 沟状腐蚀， 沟深约 l m m , 沟宽1 -1 0 。不等; 其余的 油管为不 规则 腐蚀， 腐 蚀面 积占内 表面积的8 0 % 左右， 蚀坑深度约0 . 5 - 1 . O m m 。 公扣端有 坑状腐 蚀， 直径为1 -1 . 5 r m n , 深 度为l m m a
6、2 6 6 5 -3 2 4 3 。的油管腐蚀较轻， 腐蚀面积占内 表面积的3 0 % 以下， 深度小于0 . 5 m m o 3 2 4 3 。以 下油管腐蚀轻微，手感平滑口 9 0 孟 压井滑套的四个水眼， 两个严重刺穿， 刺穿面 积之和约2 c m 2 封隔器上部 油管的 外壁基本 无 腐蚀 ( 2 ) S 1 5 井是一口 位于 雅克拉构 造顶部的探井， 井深5 9 5 3 m o 投产 I I 个月油管被腐蚀断落，油套 压平衡，后用油套环空采油气。1 4 个月后1 7 7 . 8 m m . 2 4 4 . 5 二和3 4 0 m m 套管相继破裂。高压油气沿破 口 处喷出， 油气窜
7、 漏弓 f 起井口 地表崩裂着 火， 酿 成井口 全 面火 控的 恶 性事 故。该井己 被迫报废。 在事 故处理中两 根油管从井内飞出，检查发现油管外壁有蚕W # . 绿豆 大小的 蚀坑，内 壁也有蚀坑和被固体 颗粒冲蚀的道纹 3凝析气田的腐蚀环境及腐蚀特征 雅 克 拉 凝 析 气田 平 均 井 深 为5 3 8 0 m 左 右 ， 地 层 压 力5 8 M P a ， 井 底 温 度 1 3 1 0C , C O : 分 压。 . 5 - 3 . O M P a ， 天 然 气中 不 含H S 及O Z 。 产气1 7 -1 3 7 X 1 0 m / d ， 产 汕4 0 - 8 0 m
8、/ d ， 产水3 - 3 9 3 m / d 水 中 C C 含 量约6 5 0 0 0 p p m ， 天然气与 水的 组 成见 表1 裘 飞雅克拉K , K , 凝析气藏天然气及水分析的组成 井 号 深度 m 天 然 气 分 析 ( m 口 I ) % 水 分 析 ( m g 厂 1 义i o ) C H 勺. 二 CL 5 比H C 0 , u ?C a ， 矿化度P H g7 54 15.5 5- 5 45 0 8 6 6 64 了 61 . 5 l 6 6 7 6口 上 90 5 2 4 。 。 8 ! 。 6 5 1 0 9. 96. 9 S1 5 629 2.。 5526 2
9、:一 _7: 7: : :。 :6 I l o , 7 9 一 O u 6 5 0 5 4 月 o. 1 3 一 。 3f,367 0 66 5 腐蚀特征:该 气田 油气井的腐蚀部位主要集中在汕管的公扣端、丝扣部位和 2 0 0 0 m左右的油管 内 壁。腐蚀形态呈蚕豆、绿豆大小的蚀坑，腐蚀严吸 的汕管内壁呈纵向排列沟槽状坑蚀。产物分析结 果F e C O , 含量7 0 % , C a C O , 含V 2 0 % , 其它为少 量的S i 0 z 4腐蚀原因 4 . 1 C02 腐蚀钢材的 机理 c o , 腐 蚀 布 纲 材 ( 油 套 管 ) 机 理 在 文 献 3 7 中 已 有 较
10、 详 细 的 论 述 ， 在 此 只 将 有 关 化 学 反 应 式 陈 勘口 下 : C O , 十 H 2 O= H _ C O 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 ) F e + H 2 C O , = F e C O 3 + H 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 】 ( 2 阳极反应: F e - - F e z +2 e 阴 极反 应: H 2 0 0 , - H 十 H
11、C O - 3 2 H +2 e - - H z 显 然 C 0 2 的 存 在 加 速了 阴 极 反 应 速 度， 使 铁不 断 的 腐 蚀。 因 此， 增加 任何能 使 C O : 在 水中 溶 解 度的条件 如压力、 温度)都能使腐蚀速率增加。 4 . 2腐蚀原因 造成油套管腐蚀的的原因很多。主要有 c 0分压、 温度、 C l - 浓度、流体的流速、管材的性质和 管 材 所 承 受 的 载荷 等， 对于 雅 克 拉 凝 析 气田 油 气 井 油 套 管的 失 效 原因 主 要 有以 下 几点; ( 1 ) 井筒温度高， 一般为6 0 -1 3 5 C ， 恰好处在 严重 腐蚀的 温度区
12、。 ( 2 )C O : 分 压高， 一 般 为0 . 5 - 3 . Ma ， 远 大 于。 0 2 1 M P a 的 腐 蚀界 限。 ( 3 ) 地层水中C 1 一 含量高 达6 . 5 X 1 0 p p m , 高C l - 浓 度导致油管 腐蚀穿孔率 增大。 ( 4 ) 油 气井 处 在 水气 孪生 的 多 相 流 体 系， 气 井 气 油比 大 ( S 7 井 气 油比 为2 2 3 0 ) ， 井 筒内 凝析 油 少 难形成油膜，因此腐蚀较严重。 ( 5 汽井在试 采中 工作 债 踱不合理， 油 气产量过高， 生产压差过大， 井内 气液流速高， 携带的固 体 颗粒冲刷管 壁，
13、对管壁造成了 严重的 磨 蚀。 5不同防腐方案适应性的评价川 5 . I 合金钢防 腐方案 在油气层顶部坐封隔器。 在油套环空中 加入缓 蚀剂，以 保护套管内 壁和油管外壁。 油管和封隔 器下 方的 套管采用耐 蚀合金钢管材， 封隔器上方的 套管 采用P 1 1 0 管材。 模 拟 雅克 拉 腐 蚀环 境， 1 3 C r . 不 钗 w ( 为 住友 公司 提 供的S M 1 3 C R M - 1 1 0 管材) 和P 1 1 0 , N 8 0 , J 5 5 碳钢的腐 蚀评价实验，结 果见图1 e E J 5 5 MN8 0 N P1 1 0 口 1 3 Cr 扒毛已并瑕拱艇 7 0
14、9 0 1 1 0 温度. ( ) 1 3 0 I S O 图 1不同温度、不同材质与腐蚀速度的关系 由试验结果得出，各种管 材的 平均腐蚀 速率在9 0 时 达到最大 值， 尔后随 温度增加而降 低。 在不同 的 温度点， 腐 蚀速率依 此为P 1 1 0 N 8 0 J 5 5 1 3 C R - 8 0 1 3 C R M - 1 1 0 1 3 C R S - 9 5 1 3 C R S - 1 1 0 2 2 C R - 1 1 0 , 1 3 C r合金钢表面荃本无腐 蚀产物生成。 E P M A线分析和E P M A面分析 可看到 1 3 C R M - 1 1 0 1 3 C
15、R S - 1 1 0 , 2 2 C R - 1 1 0不 锈 钢的 表 面 有C r , N i 的 富 集， 说明 在 金 属 表面形 成 钝 态 覆膜， 有 抑 制 腐蚀 的 效果。 普通 钢在温 度为7 0 C , 9 0 C , 1 1 0 时， 试 样表面出 现了 严重的 坑蚀轮癣状台 面腐 蚀。 1 3 C r 合金 钢管材在 雅克拉凝 析气田 腐蚀环境下 具有良 好的耐 蚀性。 该防腐措施的作业方法基本 与普 通 碳钡相同， 在其有效期内， 无须 其它配 套措施， 对生产作 业无影响。 是工艺最简单的 一种防 腐 方法， 但1 3 C r 合金钢管材的价格较高，初期投资大。
16、5 . 2普通 碳钢方案 完井方案类与5 . 1 。但油套管采用P 1 1 0 碳钢管材。该钢材在雅竟拉凝析气田腐忡环燎下的腐忡 速 度见图t o 该方案初期投资费用少，但由于普通碳钢不具备相应的防腐性能，更换油管频繁， 对生产井影 响大。 5 . 3涂 层防 腐方案 完井方案类同5 . 1 。但封隔器F 方的套管及4 0 0 0 m以F 的油管采用 1 3 C r合金钢管材， 4 0 0 0米 以上 采用曾在 1 2 0 环境 卜 现场应用较好的内 涂层油管该内 涂层油管采用先进的喷涂工艺， 涂层漏 点少， 抗温能力强，使用寿命为普通碳钢的2 倍多 这类方法防腐效果的好坏与涂层材料及工 艺技术水平有关 接头处和加工时存在的 “ 漏点”是 防腐的薄弱部位。 涂层油管在作业中应避免划 伤， 对于需 进行钢丝绳作 业的生产井， 增加了作业难 度。 该 方 法对生 产影响相 对较小， 是工艺 放简单的 一种防腐方法。 初期 投资 一般不会很高
