高含硫气田钻具腐蚀研究进展

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1、维普资讯http://www.cqvip.com石油天然气学报(江汉石油学院学报)2006年8月第28卷第4期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Aug．2006Vo1．28No．4高含硫气田钻具腐蚀研究进展由，中国石油天然气集团公司管材研究所博士后科研工作站。陕西西安710065、⋯‘＼西南石油大学。油气藏地质及开发工程。国家重点实验室。四川成都610500，孟英峰(西南石油大学。油气藏地质及开发工程’国家重点实验室。四川成都610500)杨龙(中国石油天然气集团公

2、司管材研究所博士后科研工作站。陕西西安710065)王锦江(西安市天然气总公司用户工程部，陕西西安710068)[摘要]介绍了高含硫气田钻井过程中H。S对钻井的危害特点及应力腐蚀机理．探讨了钻具硫化氢腐蚀的影响因素．提出预防钻柱失效的四条措施即正确选材．改善工作环境，降低服役载荷或应力以及加强管理。指出含硫气田钻具腐蚀与防护研究的热点及发展发向是：开展高温高压、H。S+CO。+CI一共存、以及高矿化度地层水等恶劣环境腐蚀研究I加强对H。S+co。共存环境中的腐蚀基础理论研究I开发经济性抗硫钻杆及制定相

3、关标准，为我国高含硫气的开发提供指导的借鉴。[关键词]H。S腐蚀I钻具I含硫气田I腐蚀与防护I预防措施[中图分类号]TE988．2[文献标识码]A[文章编号]1000—9752(2006】04—0154—05随着我国对能源需求的增长以及勘探开发力度的加大，对高含硫气田的勘探开发逐渐提到日程上【1]。2004年，中国天然气工业产量为407×i0。In，其中四川I气田最大，超过120×i0。m，约占全国天然气产量的3O。但是四川I气田2／3含硫，如罗家寨气田HzS含量为6．7～16．6；此外，在河北赵兰庄

4、、长庆、中石化西北局、中海油南海油田、东海平湖油田等都发现有H。S存在口]。由于H。S毒性强(几乎与氰化氢同样剧毒)；同时H。S化学活性极大，可对金属材料产生电化学失重腐蚀和氢脆破坏，造成井下管柱突然段落、地面管汇和仪表爆破、井口装置失灵，甚至发生严重的井喷失控或火灾。因此，研究高含硫气田钻具腐蚀机理与防护措施意义重大，可为我国高含硫气田的开发提供指导和借鉴。1H：S腐蚀环境1．1湿H：S环境的定义关于H：S环境的定义较多，目前普遍引用的是NACEMR0175—2002的定义，提出以酸性气体体系和酸性

5、多相流体系2种情况来细分[7]：①在酸性气体体系中，气体总压≥0．4MPa，并且H。S分压>0．0003MPa。②酸性多相流体系中，若气体总压≥1．8MPa，并且H。S分压>O．0003MPa；若气体总压<1．8MPa，并且HzS分压>0．07MPa或气相HzS含量超过15。此后，加拿大、欧洲腐蚀协会(EFC)在此基础上制定了含硫油气田设备选材指南[8’。1．2H：S来源钻井中的HzS来源于[1。’：①地层气和水；②配浆水可能存在硫化物；③处理剂热降解；④含硫化物的丝扣油与钻井液反应产生HzS；⑤细菌

6、腐蚀产物，如去硫弧菌对含硫化合物的分解和硫酸盐还原菌新陈代谢产物都产生H。S。1．3H：S对钻井的危害及特点Hzs对钻井的危害主要体现在[1¨：①剧毒气体，损害人体健康甚至危及生命。API标准规定硫化[收稿日期]2006—02—05[基金项目]中国博士后科学基金项目(2005038616)；CNPC技术开发项目(04B7010100)。[作者简介]万里平(1972一)．男．1992年大学毕业．博士，现主要从事石油管材腐蚀与防护研究工作。维普资讯http://www.cqvip.com第28卷第4期万里

7、平等：高含硫气田钻具腐蚀研究进展氢的的阈限值为15mg／m。，安全临界浓度为30mg／m。，危险临界浓度为150mg／m。。②引起钻具表面蚀坑或脆断，造成钻具报废；③污染钻井液L1引。钻具的H。S应力腐蚀断裂具有如下特点[1引：①断裂突然发生，断裂前无明显征兆，如大港油田板深7井中途测试时钻杆突然断裂，井场装设的硫化氢气体监测装置还没有报警[1；②断裂应力较低或H。S含量较低，断裂应力一般远低于材料的屈服强度，泥浆中只需要几个ppm级的HzS含量即可发生H。S应力腐蚀开裂，如东海平湖油田钻杆刺漏的原因

8、之一就是井眼中含有少量HzS(约为7×10)，H。s随着高压钻井液冲蚀钻杆内的疲劳微裂纹，加剧钻杆的刺漏腐蚀程度[5；③裂纹多起源于结构变化较大的应力集中处，如螺纹连接部位、加厚过渡区等或起源于局部腐蚀(点腐蚀或缝隙腐蚀)、机械损伤(卡瓦或工具印痕)处；④发生H。S应力腐蚀断裂的敏感性与钻具材料的化学成分、冶金质量、显微组织、强度有关；⑤裂纹及断口特征在裂源区及扩展初期表现为沿晶断裂，随着裂纹的扩展，可呈现解理、准解理和韧窝等多种形式，在断口上可观察到树