气井生产防腐分析与设计.doc

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1、腐蚀机理和防腐设计一、腐蚀分类和腐蚀机理油气井生产过程屮的腐蚀机理可以归纳为以下类型：1、化学腐蚀2、电化学腐蚀3、环境断裂和应力腐蚀4、流动诱导腐蚀和冲刷腐蚀。碳钢和低合金钢环境断裂的评价方法和判据环境断裂是材料选择最重要和优先考虑的因素，环境断裂的评价方法和判据已在相应的标准屮有具体的规定和作法。1.评价标准和方法在工程上需要评价某种材料在一定硫化氢酸性水溶液环境屮不会发生开裂的拉伸应力值，这个应力值称为环境断裂临界应力，它与材料屈服强度的百分比称为临界应力百分比。NACETMO177-2005

2、标准提供了试验方法和判别标准。碳钢和低合金钢在室温下对SSC敏感性高，因此通常貝做常温常压的抗裂性能试验。对于不锈钢和耐蚀合金,情况比较复杂，不能套用丄述标准oNACETM0177-2005标准规定了试验使用的试剂、试样和设备、需遵循的试验程序等，该标准包括四种试验方法：方法A：拉伸试验，又称恒载荷试验，评价材料在单轴向拉伸载荷下的抗环境断裂能力，应用最为普遍，是材料抗硫化物应力开裂性能的基本评价方法。方法B：弯梁试验，较少应用。方法C：C形环试验，主要用于评价直焊缝管的焊缝对硫化物应力开裂的敏感性

3、。方法D：双悬臂梁(DCB)试验，可以定量评价材料在特定腐蚀环境下的临界环境断裂韧性。除了上述方法外，还有一种称为慢拉件应变(SSR,Slowstrainrate)的试验法。试件在极缓慢的拉仲(应变速率低到10一4到10一7see'1)状态下，在数小吋至几天将发生断裂。这是一种快速评价材料抗环境断裂性能的方法，特别适用于耐蚀合金类材料评选。1.碳钢和低合金钢在硫化氢酸性环境中开裂严重度判据在酸性环境碳钢和低合金钢性能的诸多影响因素屮，最关键的是硫化氢的分压和pH值，因此ISO15156以这两个参数为

4、开裂严重度判据。在材料选用实际设计屮，最好能得到井下取样pH数据，但是硫化氢井下取样比较困难。图为碳钢和低合金钢在硫化氢酸性环境屮开裂严重度判据图。0.3kPa(0.05psi)IMPa5555565.厶3.2.图碳钢和低合金钢在硫化氢酸性环境中开裂严重度判据图图12・11分为四个区间，对其分区说明如下：1)“0”区,代表硫化氢分压较小的环境(PH2S<0.3kPa)在“0”区，通常情况下，对钢材的选用无特殊要求。但应考虑导致开裂的可能性。左下角虚线表示硫化氢分斥低于0.3kPa,可能会存在测量和低

5、含硫情况下材料性能的不确定性。此外，应特别注意降低应力集屮和避免使用高强度钢。1)SSC3区，代表严重酸性环境硫化氢分压值只到1MPa,大于IMPa后材料性质具有不确定性。需通过模拟具体环境做评价，根据井下工况通过试验选用合适的材料。该区的环境特征是：pH值/Pms从3.5/0.01bar到5.5/>1.0baro只要PH值低于3.5,任何可测到的微量硫化氢含量均属SSC3区间。同时含有硫化氢和二氧化碳及水的环境屮，pH值有可能低到3.5以下，腐蚀工况十分严重。2)丄述SSC1、2和3区间的材料选用

6、没有对应的钢级。三个区间均可选用同样的钢级，但是同一钢级用在不同的区间制造水平和质量控制有差别。用在SSC3区间环境的制造质量控制要求更高。例如根据强度设计需要用C110级别的油管或套管，屈服强度下限为HOkPsi,上限应为125kPsi,即严格控制屈服强度偏差，实际最大屈服强度与最小名义屈服强度(SMYS)之差不能大于103MPa(15ksi)o这在很大程度上决定于工厂的热处理水平。但是对于SSC2区，材料屈服强度偏差可增大到206MPa(30kPsi)o此外在硬度偏差、消除残余应力等质量控制方而

7、稍有差别。3)选用碳钢和低合金钢吋，应根据拟服役的酸性工作环境或按SSC1区、SSC2区、SSC3区的条件进行评价试验。酸化后pH值降低，特别要注意的是返排不及时和井底滞留残酸的可能性。在确定含有硫化氢环境的严重程度时，应考虑菲止常操作或停产形成凝析水，凝析水可能会有极低的pH值。1.常用抗硫化氢应力开裂碳钢和低合金钢油、套管材料由于套管的使用条件比较恶劣，对钢的质量要求很严，必须按专门标准或技术条件生产和检验。ISO11960.APISpec5CT标准认定的套管执行统一的材料标准,API5C3和I

8、SO10400己根据ISO11960的材料和具体技术条款作了强度计算。国际统一标准钢级由字母及其后的数码组成，数码则代表套管材料的最小抗拉屈服强度，数码值乘以1000kPsi（6894.757kPa）就是最小抗拉屈服强度。以N80套管为例,钢级为N80,代表最小屈服强度为80000kPsi（551.6MPa）oISO11960（原API5CT,等同于ISO11960,2001年版）标准中规定J55、K55、M65、L80-kC90（C901型和C902型）、C95、T