胜利油田某油井盲管腐蚀穿孔的原因

(胜利油田分公司 海洋采油厂,东营 257000)

某油井于2007年9月电泵投产，投产层位Ng24234，逆向挤压充填防砂，至2014年10月该井故障关井。现场验证认为管柱砂埋导致过载停机，在打捞出原井防砂管柱时发现盲管处有多处腐蚀穿孔。该油井产出原油含水率较高，超过90%，含CO2，不含硫化氢及其他有毒气体，油层温度65 ℃，油层流压为12.7 MPa，盲管主要在含CO2/原油/水多相的中低温高压环境中服役。此外，盲管穿孔位置对应深度为1 930.07 m(垂深1 443 m)，正处于油田射孔井段1 926.4～1 931.0 m。鉴于挤压充填防砂容易发生局部射流，导致油管发生冲刷腐蚀穿孔，具有典型性。因此，本工作对穿孔盲管进行失效分析，以期找到腐蚀穿孔原因，并采取有效措施，防止类似穿孔事件再次发生。

1　理化检验

根据盲管腐蚀情况及外观形貌，切割样品，分别从腐蚀穿孔管段微观形貌、化学成分及金相组织、微观形貌及成分、腐蚀产物物质组成和盲管现场服役工况等方面，对管件进行失效原因分析。

1.1　宏观形貌

由图1(a)、(b)可见：盲管外壁正反面各出现了一个腐蚀孔，盲管正面穿孔尺寸约为4.5 cm×2.5 cm，从腐蚀穿孔形貌可以判断其穿孔是由外向内发生的；盲管反面穿孔尺寸约为3.0 cm×1.3 cm，为由内向外腐蚀穿孔。未穿孔部位附着大量黄褐色及黑色腐蚀产物。为进一步观察盲管内部腐蚀及穿孔情况，将盲管沿轴向剖开，管道内壁腐蚀产物呈红褐色，见图1(c)。由图1(d)可见：对应反面内壁穿孔周围存在大量大小不一的蚀坑。

1.2　化学成分及金相组织

从盲管上取样，尺寸为20mm×15mm×4mm，用砂纸(200～1000号)逐级打磨试样表面，利用直读波谱仪对试样的化学成分进行分析，结果见表1。由表1可见：盲管材料符合标准API Spec 5CT对N80钢的要求。

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(a)　外壁，正面 (b)　外壁，反面

(c)　内壁，正面 (d)　内壁，反面图1　失效盲管内、外壁宏观腐蚀形貌Fig. 1　Macro corrosion morphology of inner wall and outer wall of failed blind tube: (a) outer wall, front; (b) out wall, back; (c) inner wall, front; (d) inner wall, back

表1　化学成分分析结果Tab. 1　Results of chemical composition analysis　%

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(a)　未穿孔 (b)　穿孔图2　未穿孔和穿孔试样的金相组织Fig. 2　Microstructure of samples without (a) and with (b) perforation

1.3　腐蚀产物微观形貌及成分

对盲管穿孔和未穿孔部位分别取样，利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对内/外壁表面的腐蚀产物进行微观形貌观察和成分分析。

由图3可见：外壁腐蚀产物相对比较致密完整，对基体保护性较好；内壁为密集的麦粒状腐蚀产物，也具有一定的保护作用。

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由图5可见：盲管内壁腐蚀产物呈双层膜结构，内层腐蚀产物致密完整，外层腐蚀产物疏松；盲管外壁腐蚀产物呈多层膜结构，内层及次内层腐蚀产物致密完整，外层腐蚀产物疏松多孔。

(a)　外壁 (b)　内壁图3　盲管未穿孔处内、外壁表面微观形貌Fig. 3　Microscopic surface morphology of outer wall (a) and inner wall (b) of the blind pipe without perforation

由图4可见：盲管穿孔处外壁腐蚀产物疏松多孔，容易脱落；内壁腐蚀产物为疏松的胶泥状，存在大量孔隙，凹凸不平，高低落差较大，部分区域长有破碎的鼓泡。

(a)　外壁 (b)　内壁图4　盲管穿孔处内、外壁表面微观形貌Fig. 4　Microscopic surface morphology of outer wall (a) and inner wall (b) of the blind pipe with perforation

由图7可知，支架顶梁的最大位移为8.27 mm，最大应力为136.04 MPa。支架顶梁的变形是整个支架中变形最大的部分，但与顶梁的长度3 700 mm相比可以忽略，而其应力却远小于材料的屈服强度，故顶梁的结构符合要求。

(a)　外壁 (b)　内壁图5　盲管未穿孔处腐蚀产物膜的SEM截面形貌Fig. 5　Cross-section morphology of outer wall (a) and inner wall (b) of the blind pipe without perforation

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在盲管腐蚀穿孔处及未穿孔处分别取样，依据GB/T 13298-1991《金属显微组织检验方法》制备试样，经预磨、抛光后，用4%(体积分数,下同)硝酸酒精溶液腐蚀，在光学显微镜下观察试样的金相组织,见图2。由图2可见：穿孔处和未穿孔处的盲管金相组织相同，均匀且无异常，无超尺寸夹杂物，组织均为珠光体+铁素体。

1.4　腐蚀产物物质组成分析

为了进一步确定盲管腐蚀产物的物相组成，分别收集油管内外壁腐蚀产物进行XRD分析，分析结果如图7所示。由图7可见：盲管内外壁腐蚀产物均主要由FeCO3、SiO2和Fe的氧化物构成。腐蚀膜中也存在Fe3O4等铁氧化合物，这可能是由于油管长时间暴露于空气中，引起腐蚀膜及金属表面的氧化导致的。

对图5中各层腐蚀产物分别进行EDS分析，结果如图6所示。由图6可见：盲管未穿孔处内外壁腐蚀产物膜中均主要包含Fe、O、Si、Cl等元素。外层腐蚀膜中Si含量较高，说明盲管内外壁外层腐蚀产物中含有大量沙粒。

1.5　现场服役工况调研

由表2可见：采出水中Cl-含量较高，矿化度为9 687.63 mg/L，水型为Na2SO4型，pH为8.3。

2　失效原因

按照相关标准对该井N80盲管失效管段进行检测分析，结果表明，盲管的化学成分符合API Spec 5CT标准要求。盲管的宏观形貌及微观形貌表明，盲管腐蚀孔分别为由外向内腐蚀穿孔和由内向外腐蚀穿孔，未发生穿孔处腐蚀产物比较均匀致密，具有一定的保护性能，腐蚀穿孔处腐蚀产物膜疏松容易发生脱落。能谱分析结果表明，腐蚀产物主要含有Fe、O、Si、Cl等元素，外层腐蚀膜中Si含量较高。根据XRD结果，腐蚀产物主要是由FeCO3、Fe的氧化物以及SiO2构成。结合现场调研，该盲管主要在含CO2/原油/水的多相环境条件下服役，采出水中Cl-含量较高。

此外，管道管壁存在明显的冲刷痕迹。盲管正处于射孔范围管段，容易产生局部射流，如图8所示。一旦盲管服役环境出现局部射流，首先，沙粒冲刷外壁，导致外壁局部腐蚀产物脱落，破坏腐蚀产物膜的完整性，局部裸露出的金属基体暴露于腐蚀介质中，容易发生局部腐蚀[1-2]。局部腐蚀形成，一方面由于腐蚀产物膜与无腐蚀产物膜覆盖的区域电位差不同将会形成电偶腐蚀，形成大阴极小阳极的腐蚀特征[3]。另一方面，金属发生局部腐蚀后，点蚀区pH下降，造成局部酸化，导致局部腐蚀速率很高[4-6]。金属基体在以上两个作用下不断向下深挖，最终导致外壁腐蚀穿孔。外壁穿孔后，流体携带沙粒通过已穿孔位置，一方面进一步扩大外壁蚀孔，另一方面，流体通过外壁穿孔对盲管内壁造成冲刷，导致内壁局部腐蚀产物破损，进一步发生内壁局部腐蚀穿孔。

(a)　A

(b)　B

(c)　C

(d)　D

(e)　E图6　盲管腐蚀产物膜的EDS图谱Fig. 6　EDS patterns of corrosion scales on blind tube

(a)　外壁

(b)　内壁图7　盲管腐蚀产物膜的XRDFig. 7　XRD patterns of corrosion scales on outer wall (a) and inner wall (b) of the blind tube

K++Na+Ca2+Mg2+Cl-SO42-HCO3-总矿化度3173.2842.32311.004360.371010.55789.729687.63

(1) 盲管处于含CO2/原油/水多相环境条件中，主要发生CO2腐蚀，由于穿孔管段处于油田射孔井段，容易发生局部射流，导致冲刷腐蚀穿孔。

目前，国内外对油气田中关于CO2腐蚀机理的研究已经趋近成熟，学者对CO2腐蚀的反应式也有较为统一的看法。CO2腐蚀产物主要为FeCO3，这与盲管的腐蚀产物成分相同，证明了该油井在此工况下发生的腐蚀类型主要为CO2腐蚀。

图8　腐蚀原理图Fig. 8　Schematic diagram of corrosion

3　结论

(2) 建议改善砺石填充，避免出现局部射流，尽量避免对管壁造成冲刷腐蚀。

参考文献：

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综上所述，Eg感染过程中Tim-3诱导负性调控机制可能与TGF-β/Smads通路共同影响Treg细胞分化和IL-10的产生，但是Tim-3与Smad3/Smad7是如何相互作用的还值得进一步探讨，本课题组将继续开展一系列相关研究，通过体内外阻断Tim-3功能试验研究其在细粒棘球蚴感染中的作用机制，为棘球蚴病的预防和治疗提供实验依据。

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