IJP 国际期刊的Photoenergy 1687 - 529 x 1110 - 662 x Hindawi 10.1155 / 2021/6639179 6639179 研究文章 13 cr110油管的腐蚀原因分析的注入和生产井Suqiao天然气存储组 https://orcid.org/0000 - 0002 - 2321 - 7021 蔡 鲁伊 1 2 Gui 杰 3 李 对, 3 赵 宾宾 3 白 萧红 3 https://orcid.org/0000 - 0002 - 9250 - 8877 程 光绪 1 刘 Jiangwei 1 化学工程与技术学院的 西安交通大学 西安710049年 中国 xjtu.edu.cn 2 国家重点实验室石油管材和设备性能和结构安全的材料 中国石油天然气集团公司管材研究所 西安710077年 中国 3 长庆油田石油天然气技术研究所有限公司 西安710021年 中国 2021年 19 4 2021年 2021年 26 11 2020年 21 2 2021年 3 3 2021年 19 4 2021年 2021年 版权©2021瑞Cai et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

天然气作为一种清洁能源,它的广泛使用可以缓解能源危机和环境污染等问题。天然气的储存和运输的标准使用的天然气具有重要意义。Suqiao储气库储层负责季节性调整和应急供气峰值在京津冀地区,和管状产品的腐蚀是最重要的问题。摘要油管成分分析、金相组织分析、力学性能分析,模拟腐蚀试验,腐蚀形态、和产品分析条件下的腐蚀行为的分析和研究,并提出建议以控制油管的外表面的腐蚀。

 1。介绍

根据13五年计划的天然气,天然气将占2020年中国一次性能源消费结构的10%。Suqiao储气库的建设具有重要意义,维护国家能源安全,减少在京津冀地区空气污染。“储气库”通常指地下储气库。地下储气库是一种人造气田或气藏形成的注入商品天然气从油气田附近或长距离管道回地下空间。然而,当采用这个方法,腐蚀的管材将不可避免地发生 1- - - - - - 6]。如果一个管腐蚀,它不仅会阻碍天然气的运输,但也可能会导致爆炸在严重的情况下 7- - - - - - 13]。因此,它是非常必要的腐蚀行为研究天然气管状产品。

Suqiao储气库的注采井集团建成10月15日,2013年。完成油管13岁cr110壁厚为6.88毫米和114.3毫米的外径。的原理图剖面如图 1。油井在生产了1年6个月,生产24521800立方米的天然气。的第二次手术开始4月30日,2015年。总共有435 gas-sealed油管被从原来的好。177油管时,发现锈斑油管的外墙上。检查后,有明显的锈蚀水泡上200层到200油管的外壁,表面有明显的腐蚀坑后去除铁锈水泡。油管切割后,发现没有明显的腐蚀坑内表面和不同程度的扩展,如图所示 2。为了避免天然气泄漏和其他潜在的安全隐患,油管的腐蚀原因进行了研究。

原理图的概要文件。

的油管腐蚀((一)外表面;(b)内表面)。

 2。材料和方法

测试中使用的样本被从这个好,和4个典型油管样本选择从顶部,中部和底部井筒的位置。根据提取序列,他们第84(84 #),第258届(258 #),第259届(259 #)和364 (364 #)。

陆军研究实验室的4460直读光谱仪分析油管样品的化学成分。金相组织、晶粒尺寸和夹杂物分析由MeF3A金相显微镜,MEF4M金相显微镜和图像分析系统。样品的拉伸性能和冲击性能进行了测试,分别。高温高压灭菌器是用来模拟现场工况评价管材的耐腐蚀材料。使用扫描电子显微镜(SEM)分析油管的腐蚀表面。分析了腐蚀产物的元素的能量频谱分析仪,和阶段的腐蚀产物被x射线衍射分析。

 3所示。结果与讨论 3.1。成分分析油管的样本

四个油管样品的化学成分进行了分析由陆军研究实验室的4460直读光谱仪。结果如表所示 1。结果表明,化学成分没有显著差异的四个油管样本,它们满足API 5 ct规范标准的要求。

化学成分的分析结果示例(WT %)。

数量 84 # 258 # 259 # 364 #
元素
C 0.027 0.023 0.024 0.025
如果 0.14 0.18 0.15 0.17
锰 0.41 0.38 0.39 0.38
P 0.018 0.018 0.017 0.019
年代 0.0008 0.0003 0.0007 0.0006
Cr 12.9 12.9 13.0 13.1
莫 0.94 0.93 0.90 0.93
倪 4.4 4.4 4.4 4.4
注 < 0.001 < 0.001 < 0.001 < 0.001
V 0.0050 0.0040 0.0061 0.0045
“透明国际” 0.0082 0.0069 0.0027 0.0047
铜 0.026 0.030 0.033 0.030
B < 0.0001 < 0.0001 < 0.0001 < 0.0001
艾尔 0.036 0.043 0.032 0.044
3.2。金相分析油管样本

根据GB / T 13298 - 2015, ASTM E45-18a,和ASTM E112-13金相结构、晶粒尺寸,和非金属夹杂物4油管样本测试,以及测试结果如表所示 2和图 3。从分析结果可以看出,没有异常四管样品的金相结构,所有的回火马氏体结构,粒度级别的9.0,没有extrasized非金属夹杂物。

金相分析结果油管的样本。

样品 非金属夹杂物 冶金结构 晶粒尺寸
一个 B C D
薄 厚 薄 厚 薄 厚 薄 厚
84 # 0.5 0 0.5 0 0 0 0.5 0 回火马氏体 9.0水平
258 # 0.5 0 0.5 0 0 0 0.5 0 回火马氏体 9.0水平
259 # 0.5 0 0.5 0 0 0 0.5 0 回火马氏体 9.0水平
364 # 0.5 0 0.5 0 0 0 0.5 0 回火马氏体 9.0水平

油管样品的金相图((a) 84 #, 258 # (b), (c) 259 #和364 # (d))。

 3.3。油管力学性能测试样品

四个油管的夏比冲击和拉伸性能测试样本进行了根据ASTM E23-12C和ASTM A370-14。结果如表所示 3和 4。试验结果表明,影响和拉伸性能的四个油管满足API 5 ct规范的要求。

油管的夏比冲击性能的测试结果。

样品 温度(°C) 被吸收的能量(J) 剪切部分率(%)
数量 大小(毫米) 切口形状
84 # 5 × 10 × 55 V 0 116年 108年 107年 One hundred. One hundred. One hundred.
258 # 131年 129年 128年 One hundred. One hundred. One hundred.
259 # 128年 134年 121年 One hundred. One hundred. One hundred.
364 # 131年 131年 121年 One hundred. One hundred. One hundred.
API 5 ct标准规范 ≥22.55 /

管材拉伸性能的测试结果。

数量 宽度 × 计 长度 (毫米) 扩展的力量 R 米 (MPa) 屈服强度 R t 0.5 (MPa) 伸长 一个 (%)
84 # 25.4 × 50 905年 866年 23
912年 868年 23
910年 859年 22
258 # 25.4 × 50 898年 835年 23
906年 849年 24
904年 858年 23
259 # 25.4 × 50 897年 853年 23
904年 866年 25
889年 847年 23
364 # 25.4 × 50 884年 845年 24
889年 848年 24
879年 842年 24
API 5 ct标准规范 ≥862 758 ~ 965 ≥12
3.4。模拟工况腐蚀试验

一个 50 毫米 × 10 毫米 × 3 毫米 挂一块样本来自四管,和高温高压灭菌器是用于实验室腐蚀试验来模拟现场工作条件。表中给出的测试条件 5,模拟地层水的成分如表所示 6。

测试条件。

条件 温度(°C) 气相 液相 测试时间(h) 样品的位置
内容的公司2(%)卷 的内容啊2(%)卷 总压强(MPa)
1 90年 2。5 0 20. 表所示 6 168年 气相,液相
2 90年 2。5 0.1 20. 168年 气相,液相

模拟地层水组成。

离子类型 HCO3- - - - - - Cl- - - - - - 所以42 - Ca2 + 毫克2 + Na++ K+ 水型
浓度(毫克/升) 309.4 5240.9 162.8 634.1 123.6 2632.1 CaCl2

图 4显示了四个油管的腐蚀速率测试结果在不同条件下样品。从图可以看到,没有明显的差异四个油管的耐腐蚀材料。与无氧条件相比,气相中的样品的腐蚀速率增加了2 ~ 3倍,液相的70 ~ 80倍。在缺乏溶氧的情况下,样品的腐蚀速率在液相气相中的约2倍。在溶氧的情况下,样品的腐蚀速率在液相中远远高于气相,约15倍。

腐蚀速率测试四管样品在不同条件下的结果。

图 5显示了测试之前和之后的样品表面形态。从图可以看出,腐蚀程度的样品在气相光,和原始穿标志仍然可以观察到。样品显示均匀腐蚀在液相中没有氧气,也没有明显的表面腐蚀坑。有明显的局部腐蚀的液相氧的存在,和大量的腐蚀坑表面可以看到。可以得出结论,溶解氧的主要因素是导致油管外壁的腐蚀。

前后表面形态的样本测试(测试前(a), (b)气相没有氧气,(c)与氧气气相,液相(d)没有氧气,液相(e)和氧)。

 3.5。腐蚀产物分析

外壁的腐蚀程度的84 #油相对较少,只有少量的表面浮锈,没有明显的腐蚀坑,腐蚀产物的研究主要是集中在腐蚀坑258 #,259 #,364 #油样品。表面腐蚀坑的形态是由扫描电子显微镜(SEM)观察和元素组成的内外表面腐蚀坑由能量色散谱仪进行了分析。图 6显示了低倍镜下样品的表面形态。它可以看到从图上有一个薄层样品表面,并在本地有明显的腐蚀坑。腐蚀坑是圆形的,直径约2 - 3毫米,都在薄层破裂的位置或凸起。

样品的表面形态((a) 258 #, 259 # (b),和(c) 364 #)。

数据 7- - - - - - 9显示表面腐蚀坑的形态和能谱分析的结果的内部和外部的腐蚀坑腐蚀产品。表 7- - - - - - 9显示组件的腐蚀产物的分析结果在样品表面的不同部分。结果表明腐蚀坑是圆形,直径约2 ~ 3毫米。此外,他们都是在表面破裂或隆起的位置由薄层引起的。铬和镍的内容腐蚀坑的底部是明显高于外部腐蚀坑,而腐蚀坑中的铁含量明显低于外部腐蚀坑。钙元素的内容在薄层物质表面的样本是非常高的,这远高于底部的腐蚀坑,腐蚀坑外,和铁的含量,Cr,倪远远低于腐蚀坑,腐蚀坑外。

形态学的腐蚀坑和EDS分析腐蚀产物坑内外258 #样品。

形态学的腐蚀坑和EDS分析腐蚀产物坑内外259 #样品。

形态学的腐蚀坑和EDS分析腐蚀产物坑内外364 #样品。

腐蚀产物的成分分析结果258 #样品表面的不同位置。

数量 C O 毫克 艾尔 如果 K 年代 Ca Cr 锰 菲 倪 铜 总
1 重量% 13.48 35.04 0.28 0.51 0.52 0.90 1.35 24.41 20.46 2.35 0.70 100.00
原子% 26.08 50.90 0.24 0.42 0.31 0.66 0.78 10.91 8.51 0.93 0.26
2 重量% 8.17 37.58 0.40 0.73 0.34 0.72 4.76 0.48 44.92 1.91 100.00
原子% 16.86 58.20 0.36 0.64 0.26 0.45 2.27 0.21 19.93 0.81
3 重量% 12.39 53.57 2.47 0.32 0.73 0.21 22.90 7.41 100.00
原子% 19.72 64.04 1.94 0.23 0.50 0.10 10.93 2.54

腐蚀产物的成分分析结果259 #样品表面的不同位置。

数量 C O 毫克 艾尔 如果 K 年代 Ca Cr “透明国际” 菲 倪 总
1 重量% 9.88 34.54 1.08 1.48 1.78 31.70 17.07 2.46 100.00
原子% 20.28 53.21 0.68 1.14 1.09 15.03 7.54 1.03
2 重量% 7.76 39.15 0.43 0.39 0.41 0.72 5.61 2.75 41.30 1.48 100.00
原子% 15.82 59.89 0.43 0.34 0.31 0.44 2.64 1.40 18.10 0.62
3 重量% 11.99 52.56 2.60 0.17 0.20 26.82 5.65 100.00
原子% 19.30 63.50 2.07 0.12 0.12 12.93 1.96

腐蚀产物的成分分析结果364 #样品表面的不同位置。

数量 C O 毫克 艾尔 如果 K 年代 Ca Cr 菲 倪 莫 总
1 重量% 14.46 33.68 0.30 1.35 28.43 17.77 2.12 1.88 100.00
原子% 28.19 49.28 0.18 0.79 12.80 7.45 0.85 0.46
2 重量% 8.45 30.52 0.37 0.55 1.07 0.28 12.46 42.50 2.24 1.56 100.00
原子% 18.77 50.91 0.40 0.54 1.02 0.18 6.40 20.31 1.02 0.44
3 重量% 12.32 52.00 5.09 0.53 1.26 0.22 22.86 0.28 4.97 0.46 100.00
原子% 19.62 62.15 4.01 0.37 0.86 0.13 10.91 0.10 1.70 0.15

使用x射线衍射相分析的样品的表面腐蚀产物。图 10显示了样本分析的结果。结果表明,样品表面主要含有铁3O4和CaCO3。因此,可以得出结论:外表面上的薄层材料的三个油管是CaCO样品3,这是由表面扩展。菲2O3和菲3O4是主要的腐蚀产物。

样品的表面x射线衍射分析结果((一)块状;(b)粉)。

 4所示。综合分析腐蚀原因 4.1。腐蚀特征

腐蚀主要发生在油管的外表面,和位于中下游严重腐蚀样品的一部分。上有一层薄薄的材料管的外表面。有明显的表面腐蚀坑。腐蚀坑的位置表面的薄层材料的断裂或凸起。样品的表面主要包含铁2O3、铁3O4,CaCO3。它可以得出结论:(1)薄层材料的外表面油管CaCO样本3,这是由表面扩展;(2)铁2O3和菲3O4是主要的腐蚀产物。

 4.2。腐蚀的影响因素

现场数据表明,封隔器没有完全完成后密封好,所以油(气)保护与钝化液功能立即注射。在生产过程中,漏的保护解决方案,那么干净的水被用于制造解决方案,其中包含一定量的溶解氧。气体成分分析结果表明,有限公司2内容是2.37%。因此,油管的外壁的腐蚀环境如下:

液面以下:水、溶解氧、溶解有限公司2等。

液面上方:水蒸气、氧气、有限公司2等。

在模拟条件下的腐蚀试验结果表明,样品的腐蚀速率在液相中远远高于气相,约15倍。这是符合外墙的情况(包含O2)的油管腐蚀更严重比内壁(没有啊2)和中间和下部(液相)外墙的油管腐蚀更严重比上部(气相)。

可以得出结论,溶解氧的主要因素是导致油管的外壁腐蚀。溶解氧的腐蚀下规模的主要原因的形成局部腐蚀油管的外壁。

 4.3。腐蚀机理分析

溶解氧腐蚀

溶解氧腐蚀油管外壁的水溶液是一种电化学腐蚀过程,及其腐蚀机理如下( 14- - - - - - 19]:

阳极反应: F e = F e 2 + + 2 e

阴极反应: O 2 + 2 H 2 O + 4 e = 4 O H −

在解决方案: F e 2 + + 2 O H − = F e O H 2

菲 哦 2 可以进一步氧化: 4 菲 哦 2 + O 2 + 2 H 2 O = 4 菲 哦 3

在没有氧气的情况下,铁(哦)2和铁(哦)3也可以反应如下:

2 F e O H 3 + F e O H 2 = F e 3 O 4 + 4 H 2 O

在干燥环境中, 菲 哦 3 脱水: 2 菲 哦 3 = F e 2 O 3 + 3 H 2 O

皮下氧化腐蚀

的局部腐蚀造成的油管墙溶解氧腐蚀产物膜的沉积和有关CaCO3存款。由于规模层和腐蚀产物膜的影响,介质表面上的流动和扩散介质有限,导致大作文和pH值的变化中阻止了腐蚀坑,导致阻塞电池腐蚀( 20., 21]。

此外,当一个不完整的或部分损坏或分离膜层在油管的外表面,形成腐蚀性电刑或阻塞电池强大的自催化效应之间形成不同的表面覆盖的区域,这也将加速局部腐蚀。

 5。结论和建议 5.1。结论

属性的影响,抗拉强度、屈服强度和延伸率的四个油管的要求规范API 5 ct对P110油管;金相结构是正常的。都是回火马氏体,颗粒大小是9.0级,也没有超大的非金属夹杂物;没有区别在化学成分和耐蚀性

溶氧会导致显著增加样品的腐蚀速率。与没有溶解氧条件相比,气相中的样品的腐蚀速率增加2到3次,液相中的腐蚀速率增加70到80倍

内部氧化物腐蚀条件下溶解氧的形成的主要原因是当地油管外壁的腐蚀坑

5.2。建议

当采取清水补充体液,避免直接使用。的局部腐蚀油管表面可以控制通过添加脱氧剂,腐蚀抑制剂,或两者的结合。

 数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

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