苏里格气田某井常用钢材腐蚀规律研究

姬文婷，王会昌，姬文瑞，倪炳华

(1 西安石油大学化学化工学院，陕西省油气田环境污染控制与储层保护重点实验室，

陕西　西安　710065；2 陕西延长石油管道运输公司，陕西　志丹　717500；

3 延长油田股份有限公司永宁采油厂,陕西　志丹　717500)



苏里格气田某井常用钢材腐蚀规律研究

姬文婷1，王会昌2，姬文瑞3，倪炳华1

(1 西安石油大学化学化工学院，陕西省油气田环境污染控制与储层保护重点实验室，

陕西西安710065；2 陕西延长石油管道运输公司，陕西志丹717500；

3 延长油田股份有限公司永宁采油厂,陕西志丹717500)

苏里格气田某井的气质资料为CO2体积含量为0.127%，本论文通过现场腐蚀挂片测试，采用失重法、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)及X射线衍射(XRD)等，在现场试验条件下，对四种不同材质的腐蚀行为进行研究，结果表明：该井4种材质J55L、N80T、TP80、N80L腐蚀速率均在0.025～0.125 mm/a之间，该气井属于中度腐蚀；腐蚀产物主要由FeS组成，说明该井的腐蚀为H2S的酸性腐蚀。产物中出现较高比例的BaSO4，腐蚀产物膜中没有FeCO3，说明BaSO4的形成抑制了CO2对钢材的腐蚀；该井的腐蚀可能硫酸盐还原菌起到了一定的作用，在硫酸钡垢下营造的极好的厌氧环境有利于硫酸盐还原菌的繁殖，产生S2-。对于该气井，4种材质的耐蚀结果为：N80L>J55L> TP80>N80T。

气井；腐蚀；材质

二氧化碳腐蚀问题是油气井以及油田生产开发面临的一个严重的问题，CO2/H2S腐蚀是世界石油天然气工业中常见的腐蚀类型之一，也是目前腐蚀与防护领域中非常重要的研究课题，它们溶于水后形成弱酸，对石油、天然气的开采、炼制和集输设备产生了严重腐蚀，导致设备的使用时间降低，随着石油天然气工业的发展，含H2S、CO2等气体给油气田生产开发带来强大的挑战。CO2和H2S两种气体单独存在与CO2和H2S共同存在对钢材腐蚀有显著差异[1]。目前，国内外对CO2/H2S共同存在情况的研究并不是十分的全面[2]，本文主要针对4种材质J55L、N80T、TP80、N80L的腐蚀行为进行现场试验和研究，通过失重法、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)及X 射线衍射(XRD)等， 对现场试验条件下的腐蚀挂片进行比对分析，以确定其腐蚀类型，旨在为该气田防腐实践提供具有针对性和指导意义的理论依据。

1　实　验

1.1实验目的

腐蚀挂片是将目标材质的挂片放入气井预定的深度，在气井一定工况条件下(开井、关井、加或不加注缓蚀剂、加注不同型号缓蚀剂)悬挂一定时间后取出，然后通过腐蚀速率测定、形貌分析等手段确定挂片的腐蚀情况，通过对比分析多组挂片的腐蚀规律。

1.2实验方法

测试前将挂片材料按照《NACE international standard》标准，做成长方体形状，按照挂片下井前处理技术进行处理、编号、确定并登记基本面积、重量等参数，用图示装置挂入井内，198天。测试完成后，连接防喷管，取出挂片支架，对挂片进行拆卸后，迅速装入三菱厌氧盒，送至实验室后，依然按照《NACE international standard》标准，进行挂片处理前流程进行清洁等处理，然后进行X衍射分析、电镜扫描分析、x射线能量色散谱分析仪EDS分析，对挂片表面腐蚀深度较深的坑点进行分析，每个材质选五个挂片进行酸洗后称重，并计算出每种材质挂片的平均腐蚀速率。

1.3腐蚀挂片处理

对四种材料的每五个挂片进行电镜扫描; 对每一种材料选取挂片表面的不同区域进行EDS能谱分析;选取腐蚀产物较多的J55材质的189号挂片、N80T材质的191号挂片、TP80材质的001号挂片、N80L材质的050号挂片进行了X衍射腐蚀产物分析;不同材质的挂片在同一条件的腐蚀速率。

1.4腐蚀速率的计算方法，各个参数的确定

腐蚀速度公式如下:

式中：rcorr——均匀腐蚀速率，mm/a

m——实验前的试片质量，g

mt——实验后的试片质量，g

s——试片的总表面积，cm2

ρ——试片材料的密度，g/cm3，对于钢材,ρ=7.86 g/cm3

t——实验时间，h

2　结果与讨论

2.1实验井相关资料

实验井无阻流量174.0298104 m3/d，地层压力为30.628 MPa，天然气密度为0.5851，视临界温度195.707 K，视临界压力4.691 MPa，天然气组成性质分析见表1。

表1　天然气组成性质结果表

2.2四种材质腐蚀速率分析结果

选择四种材质的钢材J55L、N80T、N80L和TP80进行腐蚀速率测定，对比数据见表2。

表2　四种不同材质钢材腐蚀速率对比表

由表2可知，该井4种材质挂片的平均腐蚀速率如下：J55L为0.0400 mm/a，N80T为0.0644 mm/a，TP80为0.0396 mm/a，N80L0为0.0269 mm/a，腐蚀速率均在0.025～0.125 mm/a之间，由NACE(腐蚀工程协会)在标准RP-0775-91中对腐蚀程度的规定可知，该气井属于中度腐蚀。对于该气井，4种材质的耐蚀结果为：N80L>J55L>TP80>N80T。

2.3扫描电镜与能谱分析

图1　四种不同钢材扫描电镜对比图(×1000)

图2　不同钢材能谱分析图对比

对该气井四种材质的腐蚀挂片进行扫面电镜(SEM)和能谱分析(EDS)。通过SEM(×1000)和EDS对腐蚀挂片进行微观形貌观察，由图1可以看出腐蚀后挂片表面不平整，局部有腐蚀发生，表面有疏松的晶体产物覆盖，晶体间存在缝隙。对四种材质的挂片表面腐蚀产物膜进行能谱分析(EDS)如图2，结合腐蚀产物的能谱分析结果(表3)可知，腐蚀产物膜中主要含有C、O、Na、Mg、S、Cl、Ca、Fe、Ba等元素，而未腐蚀的挂片EDS分析结果只有Fe、Si和Mn，除上述3种元素其余元素均来自挂片腐蚀产物和伴生水中的离子在腐蚀挂片表面结晶析出的无机盐。由能谱对比分析，Fe、S、O等元素含量较高。N80L材质的5个挂片腐蚀产物EDS分析均检出S元素，部分有C和Ba元素，合并气质资料可推断该气井腐蚀为CO2作用下的酸性腐蚀，而硫元素的出现是主要归功于硫酸盐结晶，尤其是硫酸钡和硫酸钙，还是硫酸盐还原菌的作用，具体结果需要结合X-衍射和细菌分析结果而定。

表3　不同材质腐蚀挂片上腐蚀产物的能谱分析结果

2.4腐蚀产物X-衍射分析

通过J55L钢材184号挂片、N80T钢材197号挂片、N80L钢材043号挂片和TP80钢材008号挂片进行X-衍射分析分析，由X-衍射分析结果(表4)可知，腐蚀产物主要由FeS组成，产物中出现较高比例的BaSO4，存在明显的结垢现象，腐蚀产物膜中没有FeCO3，说明BaSO4的形成抑制了CO2对钢材的腐蚀。

表4　苏东71-2井不同材质腐蚀产物X-衍射分析结果

3　结　论

(1)该井4种材质J55L、N80T、 TP80、N80L腐蚀速率均在0.025～0.125 mm/a之间，该气井属于中度腐蚀。

(2)腐蚀产物主要由FeS组成，说明该气井的腐蚀为H2S的酸性腐蚀。产物中出现较高比例的BaSO4，腐蚀产物膜中没有FeCO3，说明BaSO4的形成抑制了CO2对钢材的腐蚀。

(3)该井的腐蚀可能硫酸盐还原菌起到了一定的作用，在硫酸钡垢下营造的极好的厌氧环境有利于硫酸盐还原菌的繁殖，产生S2-。

(4)对于该气井，4种材质的耐蚀结果为：N80L>J55L> TP80>N80T。测试结果显示腐蚀四种材质挂片腐蚀均属中度腐蚀，腐蚀挂片表面结盐状况比较严重，此种状况可能会导致井筒钢管发生严重的点蚀，危害可能会很严重。

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Study on Corrosion of the Steel Commonly Used in a Well of Sulige Gas Field

JIWen-ting1,WANGHui-chang2,JIWen-rui3,NIBing-hua1

(1 Key Laboratory of Shanxi Province for Environmental Pollution Control Technology &Reservoir Protection of Oilfield, College of Chemistry & Chemical Engineering, Xi’an Shiyou University,Shaanxi Xi’an 710065;2 Shaanxi Yanchang Petroleum Pipeline Company, Shaanxi Zhidan 717500;3 Yongning Oil Production Plant, Yanchang Oilfield Corporation Limited, Shaanxi Yulin 717500, China)

Sulige gas field is in a well temperament volume data for CO2content of 0.127%. Through the field of corrosion coupon tests, using weight loss method, scanning electron microscopy (SEM), spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD), etc, in the field test conditions, the corrosion behavior of four different materials were studied, the results showed that in the well four kinds of materials J55L, N80T, TP80, N80L corrosion rates were between 0.025～0.125 mm/a, the gas belong to moderate corrosion, corrosion products were mainly composed by FeS, indicating the well corrosion was mainly H2S acid corrosion. A higher proportion of BaSO4product appeared, corrosion product film had no FeCO3, explained the formation of BaSO4inhibited corrosion of steel by CO2corrosion, the sulfate-reducing bacteria may play a role. In excellent anaerobic environment created by barium sulfate conducive to the propagation of sulfate-reducing bacteria, S2-was produced. For the wells, materials corrosion result was as follows: N80L>J55L>TP80>N80T.

gas well; corrosion; material

姬文婷(1990-)，女，硕士研究生在读，主要从事油田腐蚀与防护研究。

TG172.2

B

1001-9677(2016)05-0121-03