J55 HFW油管洛河水腐蚀试验研究*

任永峰，黄晓辉，张 鹏，施宜君

（1.国家石油天然气管材工程技术研究中心，陕西 宝鸡721008；2.宝鸡石油钢管有限责任公司 钢管研究院，陕西 宝鸡721008）

J55 HFW油管洛河水腐蚀试验研究*

任永峰1,2，黄晓辉1,2，张 鹏1,2，施宜君1,2

（1.国家石油天然气管材工程技术研究中心，陕西 宝鸡721008；2.宝鸡石油钢管有限责任公司 钢管研究院，陕西 宝鸡721008）

对国产和进口J55 HFW油管在长庆洛河水介质条件下进行了SRB腐蚀试验、高温高压腐蚀试验及沟槽腐蚀试验研究。在SRB腐蚀环境中，国产J55 HFW油管和进口J55 HFW油管的腐蚀速率为0.042 mm/a和0.043 mm/a；高温高压、二氧化碳条件下，国产J55 HFW油管和进口J55 HFW油管的腐蚀速率分别为0.098 mm/a和0.094 mm/a；在洛河水腐蚀介质条件下，国产J55 HFW油管和进口J55 HFW油管的沟槽腐蚀敏感系数为1.15和1.13。结果表明，在洛河水腐蚀介质环境中国产J55 HFW油管和进口J55 HFW油管耐蚀性相当。

J55；HFW；油管；洛河水；腐蚀

在油气田开发过程中，腐蚀发生在任何生产环境中，从井底到原油的输送，再到原油的处理，从一开始就伴随在生产中[1-2]。长庆油田的套损井主要是由腐蚀造成的，其中存在两种腐蚀类型，即洛河水层的外腐蚀和产出液的内腐蚀。大段洛河水导致的管道外腐蚀在盆地内普遍存在，其中陇东、宁夏和姬塬是管道外腐蚀的严重地区。陇东、宁夏地区主要水层为洛河宜君组水质，其主要含有SRB、CO2及大量Cl-，这是导致陇东套管外腐蚀的主要原因[3]。由于长庆油田属于低产油区，因此普遍采用了价格较低的J55油管，且国产管数量已占到使用总量的80%以上[4]。为了评价国产和进口J55 HFW油管在洛河水中的耐蚀性能，分析造成油管腐蚀的原因，笔者使用两种油管在模拟油田洛河水腐蚀环境中进行了试验研究。

1 试验材料及方法

试验用国产和进口J55 HFW油管的化学成分见表1。

表1 试验用J55 HFW油管化学成分 %

1.1 洛河水SRB腐蚀试验

腐蚀介质为长庆油田洛河水回注水，pH值为6.5，其水质分析按SY/T 5329—2012《碎屑岩油藏注水水质推荐指标及分析方法》和SY/T 5523—2006《油田水分析方法》标准进行，分析结果见表2。腐蚀测试采用失重法，测试温度为原水样温度，失重试样规格为30 mm×10 mm×3 mm。将试样整体置入腐蚀液体中浸泡168 h。试验后采用日立S-3700N扫描电镜对试样表面腐蚀产物的成分和形貌进行分析。

表2 长庆油田洛河水水质分析结果

1.2 高温高压CO2腐蚀试验

高温高压CO2腐蚀试验的试样尺寸为30mm×15 mm×3 mm,测试试样表面分别用500#、800#和1 000#砂纸逐级打磨至要求，用酒精清洗，干燥后备用。试验在CORTEST高压釜中进行,在洛河水溶液中通入分压为0.001 64 MPa的CO2气体，总压10 MPa，试验温度40℃，pH值为6.5，搅拌线速度1 m/s,试验时间为168 h。试验后采用日立S-3700N扫描电镜对试样表面的腐蚀产物成分和形貌进行分析。

1.3 沟槽敏感性试验

试验取φ15 mm×5 mm圆片试样，腐蚀环境为长庆油田洛河层注入水，沟槽腐蚀试验使用恒电位电化学极化方法,采用3电极体系,辅助电极为Pt。对试样施加-550 mV的恒电位（相对于SCE）,试样处于阳极极化状态,焊缝和母材的电化学驱动力不同[5],极化144 h测量腐蚀沟槽的几何参数,计算沟槽腐蚀的敏感性系数。试验完成后利用蔡司LSM-700激光共聚焦显微镜对沟槽腐蚀深度进行测量，最后用日立S-3700N扫描电镜对沟槽内腐蚀产物成分进行分析。

2 试验结果及讨论

2.1 洛河水SRB腐蚀试验

在油田注水系统和工业循环冷却水中，硫酸盐还原菌（SRB）是引起微生物腐蚀及环境污染的主要因素之一,是将油田污水中SO42-中的S6+还原成S2-，进而生成副产物H2S，获得能量而生存的各种细菌的统称[6-7]。在油田注水系统中，SRB成群悬浮在水中或附着在管壁上，对金属表面的去极化作用使管道和设备的腐蚀速率增加15倍[8]。

SRB阴极去极化理论是较长时间以来金属MIC腐蚀机理中被广泛接受的。在缺氧条件下，SRB对金属腐蚀的阴极极化机理为：SRB的阴极去极化作用加速了析氢腐蚀反应的进行，SRB的代谢产物与金属溶解的相互作用加速了金属腐蚀。King等人[9]认为细菌氢化酶及代谢产生的FeS是对钢铁腐蚀的影响因素。Booth[10]等人证实了FeS的去极化理论。Gonzaalez[11]等人认为铁硫化合物去极化作用是厌氧腐蚀的主要原因。

经过失重法腐蚀速率分析得知，在洛河水SRB腐蚀试验中，国产J55 HFW油管的腐蚀速率为0.042 mm/a，进口J55 HFW油管的腐蚀速率为0.043 mm/a。两种油管的SRB腐蚀形貌如图1所示。从图1可以看出，在长庆油田洛河水介质中，国产和进口油管都呈现出了局部腐蚀，试样表面都有明显的局部腐蚀坑。图2为两种J55 HFW油管SRB腐蚀后的SEM能谱。从图2可以看出，试样表面检测到了S和Ca，S可能是SRB腐蚀造成的，也可能是管材本身的成分；Ca可能是介质中的钙盐沉积在试样表面而形成的垢下腐蚀，且腐蚀产物则以铁的铁硫化物为主。

图1 两种J55 HFW油管的SRB腐蚀形貌

图2 两种J55 HFW油管SRB腐蚀后的SEM能谱图

2.2 高温高压CO2腐蚀试验

经过失重分析，得知在洛河水高温高压腐蚀试验中，国产J55 HFW油管的腐蚀速率为0.098mm/a，进口油管的腐蚀速率为0.094 mm/a。标准NACE RP-0775—2005对均匀腐蚀的腐蚀程度有明确规定，但过于严格。一般情况下，井下设备可接受的均匀腐蚀速率为0.1 mm／a[12]。

图3为两种J55 HFW油管高温高压CO2腐蚀形貌。由图3可以看出，两种油管腐蚀试样的表面均分布着一层较厚的腐蚀产物膜，腐蚀产物膜上存在大量的裂纹和破损，基体出现大量蜂窝状点蚀坑，进一步加速了裂缝和裸露部分的腐蚀。图4为两种J55 HFW油管在高温高压CO2腐蚀条件下的SEM能谱图。从图4可见，腐蚀产物主要由Cr、O、Cl及Fe组成，腐蚀产物以Fe的氧化物为主。

图3 两种J55 HFW油管高温高压CO2腐蚀形貌

图4 两种J55 HFW油管在高温高压CO2腐蚀条件下的SEM能谱图

2.3 沟槽敏感性试验

沟槽腐蚀敏感性的评价采用具有相对意义的沟槽腐蚀敏感系数作为评价指标,其定义为

式中：h2—原始表面到腐蚀沟底的深度；

h1—母材的腐蚀深度。

一般认为,当腐蚀敏感系数α＞1.3时,HFW焊管具有较高的沟槽腐蚀敏感性。沟槽腐蚀如图5所示。

图5 沟槽腐蚀示意图

沟槽腐蚀主要是由于焊缝区域的MnS夹杂物在高频焊接时，焊缝因快速加热和急速冷却，使MnS先溶解继而重新析出，在其周围形成一个富S区，并沿金属呈流线分布[13]。两种J55 HFW油管在洛河水介质下的沟槽腐蚀形貌如图6所示。从图6可以看出，焊缝中心有一条被腐蚀的宽沟，附近为点蚀坑。

沟槽腐蚀试样激光共聚焦成像如图7所示，图7中不同颜色代表腐蚀后表面的高低差，波谷和波峰之间的差值为沟槽深度。由图7可见，焊缝中心及附近颜色差别不大，试验结果显示国产J55 HFW油管α=1.15，进口油管α=1.13。

两种油管在洛河水介质下沟槽腐蚀后的SEM能谱如图8所示。通过对两种管材进行SEM扫描发现，在沟槽区出现大量FeCO3和CaC03，管材中夹杂物以MnS为主。MnS在沟槽的底部钢基中分布较为集中，这说明管材中的焊缝夹杂物、组织偏析、成分偏析的差异性构成了腐蚀原电池，从而导致焊缝优先腐蚀所致。

图6 两种J55 HFW油管沟槽腐后的宏观形貌

图7 激光共聚焦成像图

图8 两种油管在洛河水介质下沟槽腐蚀后的SEM能谱

3 结 论

（1）经过洛河水SRB腐蚀试验，国产和进口J55 HFW油管的腐蚀速率分别为0.042 mm/a和0.043 mm/a。

（2）通过高温高压CO2腐蚀试验，国产和进口J55 HFW油管的腐蚀速率分别为0.098mm/a和0.094 mm/a。

（3）国产和进口J55 HFW油管的沟槽腐蚀敏感系数分别为1.15和1.13，沟槽腐蚀敏感性系数均小于1.3。

（4）进口和国产J55 HFW油管在三种腐蚀试验条件下的耐蚀性相当。

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J55 HFW Oil Pipe Luohe Water Corrosion Test Research

REN Yongfeng1,2,HUANG Xiaohui1,2,ZHANG Peng1,2,SHI Yijun1,2
（1.Chinese National Engineering Research Center for Petroleum and Natural Gas Tubular Good,Baoji 721008,Shaanxi,China;2.Steel Pipe Research Institute of Baoji Petroleum Steel Pipe Co.,Ltd.,Baoji 721008,Shaanxi,China）

In this article,the SRB test,high temperature and high pressure corrosion test and groove corrosion test for domestic and imported J55 HFW oil pipe were carried out and studied,under condition of changqing luohe water medium.In the SRB corrosion environment,the corrosion rate of domestic and imported J55 HFW oil pipe respectively is 0.042 mm/a and 0.043 mm/a.Under the condition of high temperature,high pressure and carbon dioxide,the corrosion rate of domestic and imported J55 HFW oil pipe respectively is 0.098 mm/a and 0.094 mm/a.Under the condition of luohe water corrosive medium,the groove corrosion sensitive coefficient of domestic and imported J55 HFW oil pipe respectively is 1.15 and 1.13.The results indicated that the corrosion resistance of domestic J55 oil pipe is consistent with that of imported J55 HFW oil pipe under luohe water corrosive medium environment.

J55;HFW;oil pipe;luohe water;corrosion

TG172.5

A

1001－3938（2015）12-0018-05

国家科技支撑计划“高强度耐腐蚀石油天然气集输与输送用管线钢生产技术”（2011BAE25B03）。

任永峰（1971—），男，工程师，主要从事油气管材耐腐蚀性研究工作。

2015-4-5

修改稿收稿日期：2015-11-10

李 超