油管腐蚀失效分析
本文对P110油管和N80-1油管进行了腐蚀失效分析。P110和N80-1油管其化学、金相、力学、冲击结果符合API标准。实际工况中，所施加的压裂液和地层水中含有氯离子，缝网压裂中给P110油管施加了极高的内压力，在氯离子、内应力的双重作用下，钢管表面极细微的金属损伤成为腐蚀裂纹萌生的起源。N80-1油管短节公扣端在入井酸化时发生脱落，造成二次酸化，经过酸化腐蚀实验其酸液腐蚀速率高出标准规定的10倍以上，导致CO2腐蚀。关键词 油管腐蚀失效，缝网压裂, 二次酸化，CO2腐蚀目 录
1 引言 1
1.1 油气田腐蚀类型和主要危害 1
1.2 油气田腐蚀主要特征 3
1.3 腐蚀机理 5
1.4 本论文研究目的及主要内容 9
2 试验材料及试验方法 9
2.1 实验材料与设备 9
2.2 实验方法 12
3 油管腐蚀失效 13
3.1 油管压裂施工应力腐蚀失效........................................................................................13
3.2 油管酸化作业二氧化碳腐蚀失效................................................................................20
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 引言
我国油气资源中，大部分含有H2S和CO2，其中，部分油气井中仅含有H2S或仅含CO2，而更多的油气井却同时含有H2S和CO2。特别是一些井深超过4500米以上的深井或超深井的高温、高压天然气井中，产出的天然气往往是H2S和CO2孪生伴生，而且即便是一些只含CO2干气的天然气井，到了气田开发的中后期地层开始出水，同样会形成H2S和CO2的共同腐蚀，而且还会出现有单质硫、硫化物电化学腐蚀或CI-离子的加速腐蚀作用等复杂工矿。
对于仅含H2S的腐蚀与防护问题，从上世纪中叶至今的50多年来，国内外持续做了大量的研究工作，腐蚀机理和规律性相对 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
米以上的深井或超深井的高温、高压天然气井中，产出的天然气往往是H2S和CO2孪生伴生，而且即便是一些只含CO2干气的天然气井，到了气田开发的中后期地层开始出水，同样会形成H2S和CO2的共同腐蚀，而且还会出现有单质硫、硫化物电化学腐蚀或CI-离子的加速腐蚀作用等复杂工矿。
对于仅含H2S的腐蚀与防护问题，从上世纪中叶至今的50多年来，国内外持续做了大量的研究工作，腐蚀机理和规律性相对比较清楚，腐蚀控制方法和防护措施也比较成熟，在国际上形成了NACE MR0175/ISO15156等标准和规范，我国也有石油行业标准SY/T0599。近20年来，高温高压条件下CO2腐蚀机理和防护措施的研究也取得了许多成果[1]。
但是，对于H2S、CO2同时存在时的腐蚀机理和规律的研究，由于H2S和CO2之间复杂的交互作用，至今尚未形成比较完善的理论体系，许多理论和技术问题尚待深入研究。
1．1 油气田腐蚀类型和主要危害
众所周知，腐蚀给油气田开发生产带来的危害往往是灾难性的，不仅经济损失巨大，而且对人类的生存环境、生态平衡以及自然环境都将带来无可弥补的损失。例如，1971年我国四川油田建设的从四川威远到成都的威-成天然气集输管线，输气后因腐蚀破裂发生管线爆炸燃烧，直接经济损失达7000万元。四川达-窝输气管线，也因为H2S腐蚀造成管线开裂爆炸事故（图1-1），致使24人死亡并有大量的家禽、农蓄牧死亡，经济损失巨大。
另外，中石油塔里木分公司的雅克拉气田，一口气井在采气过程中因CO2腐蚀造成油管穿孔，导致井口着火，大火整整燃烧了72天，直接经济损失3000万元。在造成巨大损失的同时，还造成了严重的环境污染，对当地居住民的身体健康和生活都造成了很大的危害。
1980年，英国北海油田的一座海洋石油平台，由于腐蚀疲劳倾覆（见图1-2）导致123人丧生大海，石油减产12％，事故轰动了当时的整个西方世界。
图1-1 达-窝管线失效现场
图 1-2 北海石油平台及倾覆残骸
除此之外，油田的原油集输管道因腐蚀泄漏还会造成对麦田、湖泊的环境严重污染，图1-3、图1-4分别是现场实况。
图1-3 管线腐蚀泄露，原油污染水塘 图1-4 原油泄漏污染农田
总之，未来的石油工业将面临着严重考验，其中油、气井开采越是到中后期地层的含水量就越高，地层水中的矿化度也越来越高，对钢管基体金属的加速腐蚀、颗粒冲蚀、氧腐蚀以及Cl-离子腐蚀等腐蚀环境条件也更加苛刻。
另外，随着深井、超深井的不断开发，还会导致井下温度升高、压力提高，与此同时，强腐蚀性环境油气井的开发，CO2、H2S和Cl-含量上升，这些都将导致油气田腐蚀更趋严重。例如，在我国川渝地区的元坝海相地层的天燃气田，平均井深7000～7500米，最深达7860米。地层压力高达100MPa甚至更高，井下温度160-180℃，H2S分压在15MPa 以内，Cl-离子浓度高达200000ppm以内，Ph≥3,同时含有CO2。如此苛刻的腐蚀环境，对油井管的选择和使用提出了越来越多的质量要求。
1.2 油气田腐蚀主要特征
石油管材用于油气田类似于人体的血管，石油管腐蚀是油气田腐蚀的最主要部分和工作研究领域。石油管材和设备的腐蚀又分为内腐蚀和外腐蚀：
外腐蚀主要是土壤腐蚀、地下水腐蚀、杂散电流等导致的极化电流电位腐蚀；
内腐蚀是由内部介质所导致，是腐蚀科学目前研究的难点和热点问题之一[2]。
石油管材与设备的内腐蚀主要有以下几个显著特点：
（1） 气、水、烃、固体粒子共存的多相流腐蚀介质；
（2） 高温和高压环境条件；
（3） H2S、CO2、O2、Cl-和水分是主要腐蚀物质，其中H2S、CO2、O2是腐蚀剂，水是载体，Cl-离子是催化剂；
（4） 高含硫油气田开发，元素硫成为重要的腐蚀物质。
金属腐蚀主要是由与金属溶解（阳极过程）共轭的去极化过程（阴极过程）
所控制。图1-5是金属腐蚀阳极溶解示意图，其中阴极和阳极金属棒一头用导线连接，另一端侵在电解液中形成电池回路，随着阳极金属电荷逐渐跑向阴极，阳极金属逐渐溶解，而阴极金属棒去极化起到了保护作用。这一腐蚀原理同样适用于用来解释油井管在井下服役过程中局部位置在腐蚀环境中形成局部电位差的电化学腐蚀问题。例如图1-6所示，在形成电位差的金属微观组织相结构之间，处在阳极区的金属表面，由于腐蚀介质及电位差的作
1 引言 1
1.1 油气田腐蚀类型和主要危害 1
1.2 油气田腐蚀主要特征 3
1.3 腐蚀机理 5
1.4 本论文研究目的及主要内容 9
2 试验材料及试验方法 9
2.1 实验材料与设备 9
2.2 实验方法 12
3 油管腐蚀失效 13
3.1 油管压裂施工应力腐蚀失效........................................................................................13
3.2 油管酸化作业二氧化碳腐蚀失效................................................................................20
结 论 23
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 引言
我国油气资源中，大部分含有H2S和CO2，其中，部分油气井中仅含有H2S或仅含CO2，而更多的油气井却同时含有H2S和CO2。特别是一些井深超过4500米以上的深井或超深井的高温、高压天然气井中，产出的天然气往往是H2S和CO2孪生伴生，而且即便是一些只含CO2干气的天然气井，到了气田开发的中后期地层开始出水，同样会形成H2S和CO2的共同腐蚀，而且还会出现有单质硫、硫化物电化学腐蚀或CI-离子的加速腐蚀作用等复杂工矿。
对于仅含H2S的腐蚀与防护问题，从上世纪中叶至今的50多年来，国内外持续做了大量的研究工作，腐蚀机理和规律性相对 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
米以上的深井或超深井的高温、高压天然气井中，产出的天然气往往是H2S和CO2孪生伴生，而且即便是一些只含CO2干气的天然气井，到了气田开发的中后期地层开始出水，同样会形成H2S和CO2的共同腐蚀，而且还会出现有单质硫、硫化物电化学腐蚀或CI-离子的加速腐蚀作用等复杂工矿。
对于仅含H2S的腐蚀与防护问题，从上世纪中叶至今的50多年来，国内外持续做了大量的研究工作，腐蚀机理和规律性相对比较清楚，腐蚀控制方法和防护措施也比较成熟，在国际上形成了NACE MR0175/ISO15156等标准和规范，我国也有石油行业标准SY/T0599。近20年来，高温高压条件下CO2腐蚀机理和防护措施的研究也取得了许多成果[1]。
但是，对于H2S、CO2同时存在时的腐蚀机理和规律的研究，由于H2S和CO2之间复杂的交互作用，至今尚未形成比较完善的理论体系，许多理论和技术问题尚待深入研究。
1．1 油气田腐蚀类型和主要危害
众所周知，腐蚀给油气田开发生产带来的危害往往是灾难性的，不仅经济损失巨大，而且对人类的生存环境、生态平衡以及自然环境都将带来无可弥补的损失。例如，1971年我国四川油田建设的从四川威远到成都的威-成天然气集输管线，输气后因腐蚀破裂发生管线爆炸燃烧，直接经济损失达7000万元。四川达-窝输气管线，也因为H2S腐蚀造成管线开裂爆炸事故（图1-1），致使24人死亡并有大量的家禽、农蓄牧死亡，经济损失巨大。
另外，中石油塔里木分公司的雅克拉气田，一口气井在采气过程中因CO2腐蚀造成油管穿孔，导致井口着火，大火整整燃烧了72天，直接经济损失3000万元。在造成巨大损失的同时，还造成了严重的环境污染，对当地居住民的身体健康和生活都造成了很大的危害。
1980年，英国北海油田的一座海洋石油平台，由于腐蚀疲劳倾覆（见图1-2）导致123人丧生大海，石油减产12％，事故轰动了当时的整个西方世界。
图1-1 达-窝管线失效现场
图 1-2 北海石油平台及倾覆残骸
除此之外，油田的原油集输管道因腐蚀泄漏还会造成对麦田、湖泊的环境严重污染，图1-3、图1-4分别是现场实况。
图1-3 管线腐蚀泄露，原油污染水塘 图1-4 原油泄漏污染农田
总之，未来的石油工业将面临着严重考验，其中油、气井开采越是到中后期地层的含水量就越高，地层水中的矿化度也越来越高，对钢管基体金属的加速腐蚀、颗粒冲蚀、氧腐蚀以及Cl-离子腐蚀等腐蚀环境条件也更加苛刻。
另外，随着深井、超深井的不断开发，还会导致井下温度升高、压力提高，与此同时，强腐蚀性环境油气井的开发，CO2、H2S和Cl-含量上升，这些都将导致油气田腐蚀更趋严重。例如，在我国川渝地区的元坝海相地层的天燃气田，平均井深7000～7500米，最深达7860米。地层压力高达100MPa甚至更高，井下温度160-180℃，H2S分压在15MPa 以内，Cl-离子浓度高达200000ppm以内，Ph≥3,同时含有CO2。如此苛刻的腐蚀环境，对油井管的选择和使用提出了越来越多的质量要求。
1.2 油气田腐蚀主要特征
石油管材用于油气田类似于人体的血管，石油管腐蚀是油气田腐蚀的最主要部分和工作研究领域。石油管材和设备的腐蚀又分为内腐蚀和外腐蚀：
外腐蚀主要是土壤腐蚀、地下水腐蚀、杂散电流等导致的极化电流电位腐蚀；
内腐蚀是由内部介质所导致，是腐蚀科学目前研究的难点和热点问题之一[2]。
石油管材与设备的内腐蚀主要有以下几个显著特点：
（1） 气、水、烃、固体粒子共存的多相流腐蚀介质；
（2） 高温和高压环境条件；
（3） H2S、CO2、O2、Cl-和水分是主要腐蚀物质，其中H2S、CO2、O2是腐蚀剂，水是载体，Cl-离子是催化剂；
（4） 高含硫油气田开发，元素硫成为重要的腐蚀物质。
金属腐蚀主要是由与金属溶解（阳极过程）共轭的去极化过程（阴极过程）
所控制。图1-5是金属腐蚀阳极溶解示意图，其中阴极和阳极金属棒一头用导线连接，另一端侵在电解液中形成电池回路，随着阳极金属电荷逐渐跑向阴极，阳极金属逐渐溶解，而阴极金属棒去极化起到了保护作用。这一腐蚀原理同样适用于用来解释油井管在井下服役过程中局部位置在腐蚀环境中形成局部电位差的电化学腐蚀问题。例如图1-6所示，在形成电位差的金属微观组织相结构之间，处在阳极区的金属表面，由于腐蚀介质及电位差的作
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